Đề cương môn vật lý- Trường Đại học bách khoa - Đại học đà nẵng.

NĂNG LƯỢNG Nhóm 4: • Võ Thành Nguyên • Tân Vĩnh Phúc • Đỗ Trung Nguyên • Huỳnh Mạnh Phi • Lê Đan Nhi • Phan Duy Phước • Hoàng Công Nguyên • Trần Cao Thắng
I/ Tìm hiểu và phân dạng năng lượng:
1. Năng lượng là gì:
- Năng lượng trong vật lý được định nghĩa là đại lượng vật lý mà phải được
chuyển đến một đối tượng để thực hiện một công trên, hoặc để làm nóng, các đối tượng.
- Năng lượng là thứ mà được coi là một đại lượng được bảo toàn, năng lượng có
thể được chuyển đổi thành các dạng khác nhau, nhưng không tự nhiên sinh ra hoặc mất đi.
- Hay hiểu đơn giản hơn thì năng lượng là một tài nguyên thiên nhiên, là một
dạng vật chất được xuất phát chủ yếu từ hai dạng là năng lượng mặt trời hoặc năng lượng từ lòng đất.
2. Vai trò của năng lượng đối với cuộc sống:
- Năng lượng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống hiện nay, chúng
ảnh hưởng đến sự tồn tại, phát triển và nâng cao chất lượng cuộc sống con người.
- Tuy nhiên tổng số năng lượng trong vũ trụ là có hạn, con người không thể tạo
ra cũng không thể tiêu hủy chúng. Mà chỉ có thể chuyển đổi, biến đổi nó từ một
dạng năng lượng này thành một năng lượng khác.
- Năng lượng có mặt ở xung quanh các hoạt động sinh hoạt của con người. Ví dụ:
+ Cơ thể chuyển hóa thức ăn thành năng lượng để duy trì sự sống.
+ Nhiên liệu cung cấp năng lượng để xe, tàu, máy bay hoạt động.
+ Năng lượng như gió, nước tạo ra điện để sử dụng trong sản xuất và sinh hoạt.
- Năng lượng có mặt ở xung quanh các hoạt động sinh hoạt của con người nên
sẽ có nhiều dạng năng lượng khác nhau.
3. Phân loại các dạng năng lượng phổ biến hiện nay:
• Năng lượng hóa thạch: Đây là loại năng lượng được tạo ra từ việc đốt cháy
các nguồn tài nguyên như than đá, dầu mỏ, và khí đốt. Nó bao gồm các nguồn
năng lượng truyền thống như nhiên liệu hoá thạch.
• Năng lượng tái tạo: Đây là năng lượng được sản xuất từ các nguồn tái tạo
và không gây ra khí thải carbon. Các nguồn năng lượng tái tạo bao gồm năng
lượng mặt trời, gió, nước, sinh học, và năng lượng địa nhiệt.
• Năng lượng hạt nhân: Đây là loại năng lượng được tạo ra từ phản ứng hạt
nhân, bao gồm phản ứng hạt nhân hạt nhân và hạt nhân hạt nhân.
• Năng lượng điện: Năng lượng được tạo ra thông qua các quá trình điện hoá
từ các nguồn năng lượng khác nhau, như năng lượng mặt trời hoặc gió.
• Năng lượng không phát thải: Đây là các nguồn năng lượng không tạo ra
khí thải carbon hoặc các chất gây ô nhiễm khác, bao gồm năng lượng mặt trời, gió, và thủy điện.
• Năng lượng từ sự nhiễm điện từ của đất: Đây là dạng năng lượng được
tạo ra từ sự nhiễm điện của đất, thường được sử dụng trong các ứng dụng như đèn
đường không cần dây hoặc các thiết bị điện tử nhỏ.
II/ Quá trình biến đổi và chuyển hoá năng lượng:
Quá trình biến đổi và chuyển hoá năng lượng là quá trình mà năng lượng
được chuyển đổi từ một dạng sang một dạng khác để thực hiện công việc hoặc hoạt
động cụ thể. Dưới đây là một số phản ứng và quá trình chính:
• Quá trình chuyển đổi nhiệt sang cơ học: Trong quá trình này, nhiệt năng
được chuyển đổi thành cơ học, thường thông qua việc sử dụng động cơ nhiệt
hoặc turbine. Ví dụ, trong các nhà máy điện nhiệt, nhiệt từ đốt cháy nhiên
liệu được chuyển đổi thành cơ học thông qua quá trình quay turbine, sau đó
được chuyển thành điện năng.
• Quá trình chuyển đổi cơ học sang điện năng: Trong quá trình này, năng
lượng cơ học từ chuyển động được chuyển đổi thành điện năng thông qua
các máy phát điện hoặc động cơ điện. Điều này thường được thực hiện bằng
cách sử dụng một nam châm cố định và một cuộn dây dẫn để tạo ra dòng
điện khi cuộn dây di chuyển trong lưu vận.
• Quá trình chuyển đổi điện năng thành ánh sáng hoặc nhiệt: Điện năng
có thể được chuyển đổi thành ánh sáng thông qua các bóng đèn điện hoặc
thành nhiệt năng thông qua các thiết bị như máy sưởi hoặc bếp điện.
• Quá trình chuyển đổi hóa học thành năng lượng: Trong các quá trình hóa
học như đốt cháy hoặc quá trình nạp và xả của pin, năng lượng được chuyển
đổi từ các liên kết hóa học hoặc tương tác giữa các phân tử.
• Quá trình chuyển đổi năng lượng từ một dạng sang một dạng khác: Ví
dụ, trong năng lượng mặt trời, ánh sáng mặt trời được chuyển đổi thành
năng lượng điện sử dụng các tấm pin mặt trời, qua quá trình gọi là hiệu ứng quang điện.
Quá trình chuyển đổi và chuyển hoá năng lượng có thể được tận dụng trong nhiều
ứng dụng khác nhau để cung cấp năng lượng cho cuộc sống hàng ngày, sản xuất
công nghiệp, và các mục đích khác.
III/ Tác động của việc khai thác năng lượng đến môi trường:
Khai thác năng lượng có thể gây ra một loạt các tác động đến môi trường, bao gồm:
1. Biến đổi địa hình và mất môi trường sống: Việc khai thác năng lượng, như
đào mỏ than đá hoặc dầu mỏ, có thể dẫn đến phá hủy môi trường sống tự nhiên,
làm thay đổi địa hình và gây ra sự mất mát đa dạng sinh học.
2. Ô nhiễm không khí và nước: Quá trình khai thác và chế biến nhiên liệu thường
dẫn đến sự phát thải khí thải và chất thải vào môi trường, gây ô nhiễm không khí
và nước. Các khí thải như khí CO2, SO2, NOx có thể gây ra hiệu ứng nhà kính và
ô nhiễm không khí, trong khi chất thải từ quá trình chế biến có thể làm ô nhiễm nguồn nước và đất.
3. Tác động đến sinh thái và đa dạng sinh học: Việc thay đổi môi trường sống tự
nhiên và tạo ra ô nhiễm có thể gây ra tác động lớn đến các loài sinh vật và hệ sinh
thái, làm giảm đa dạng sinh học và gây ra sự giảm số lượng loài.
4. Sử dụng và cạn kiệt tài nguyên tự nhiên: Nhiều loại năng lượng, như dầu mỏ
và than đá, là tài nguyên không tái tạo và khai thác quá mức có thể dẫn đến cạn
kiệt tài nguyên tự nhiên, tạo ra sự phụ thuộc không duy trì được.
5. Thay đổi khí hậu: Sự phát thải khí thải từ việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch và
các quá trình sản xuất năng lượng có thể gây ra thay đổi khí hậu toàn cầu, ảnh
hưởng đến môi trường và cuộc sống của hàng triệu người dân trên toàn thế giới.
Để giảm bớt tác động tiêu cực này, người ta đã nỗ lực phát triển các nguồn năng
lượng tái tạo và các công nghệ tiên tiến hơn để tạo ra năng lượng một cách sạch sẽ và hiệu quả hơn.
IV/ Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả:
Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả thường được thiết lập để thúc
đẩy việc sử dụng năng lượng một cách bền vững và hiệu quả hơn, nhằm giảm bớt
tác động tiêu cực đến môi trường và tài nguyên. Mặc dù có thể có sự khác biệt
trong các quy định cụ thể tùy thuộc vào quốc gia và khu vực, nhưng dưới đây là
một số điểm chính mà các luật này thường bao gồm:
1. Tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng: Luật có thể đặt ra các tiêu chuẩn về hiệu
suất năng lượng cho các thiết bị và hệ thống như đèn LED, máy giặt, tủ lạnh, và hệ
thống làm lạnh. Các tiêu chuẩn này thúc đẩy việc sử dụng các thiết bị tiết kiệm
năng lượng và giảm tiêu thụ năng lượng không cần thiết.
2. Chứng nhận và nhãn hiệu năng lượng: Luật có thể yêu cầu các sản phẩm tiêu
dùng phải được chứng nhận và gắn nhãn về mức độ tiết kiệm năng lượng của
chúng, giúp người tiêu dùng có thể chọn lựa các sản phẩm tiết kiệm năng lượng.
3. Khuyến khích sử dụng nguồn năng lượng tái tạo: Các chính sách có thể
khuyến khích việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió,
và nước để giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch và giảm lượng khí thải carbon.
4. Incentives và chiến lược giá cả: Các chính sách có thể cung cấp các ưu đãi và
khuyến mãi cho việc sử dụng các công nghệ tiết kiệm năng lượng, như thuế giảm
hoặc các chính sách giảm giá cho các thiết bị tiết kiệm năng lượng.
5. Tiêu thụ năng lượng trong các ngành công nghiệp và công cộng: Luật có thể
áp dụng tiêu chuẩn và quy định về tiết kiệm năng lượng trong các ngành công
nghiệp và tổ chức công cộng như bệnh viện, trường học, và cơ quan chính phủ.
Các luật và quy định này thường được thiết lập để tạo ra một môi trường kinh
doanh và tiêu dùng thúc đẩy việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.
V/ Một số nguồn năng lượng thân thiện với môi trường:
Dưới đây là một số nguồn năng lượng thân thiện với môi trường:
1. Năng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo và
không gây ra khí thải carbon. Nó được tạo ra bằng cách chuyển đổi ánh sáng mặt
trời thành điện năng thông qua các tấm pin mặt trời. Công nghệ năng lượng mặt
trời ngày càng phát triển và trở nên phổ biến trên toàn thế giới.
2. Năng lượng gió: Năng lượng gió cũng là một nguồn năng lượng tái tạo và
không gây ra khí thải carbon. Nó được tạo ra bằng cách sử dụng các cánh quạt của
các cối xoay để chuyển đổi động năng gió thành điện năng.
3. Năng lượng thủy điện: Năng lượng thủy điện được tạo ra từ sức mạnh của
dòng nước, thường thông qua việc xây dựng các đập hoặc các cấu trúc khác để tận
dụng dòng chảy của dòng nước. Nó cũng là một nguồn năng lượng tái tạo và
không gây ra khí thải carbon.
4. Năng lượng sinh học: Năng lượng sinh học được tạo ra từ các nguồn năng
lượng sinh học như sinh vật có chứa carbon như cây cỏ, thức ăn, và chất thải hữu
cơ. Các phương pháp chuyển đổi năng lượng sinh học bao gồm việc đốt cháy, lên men, và sinh khối.
5. Năng lượng địa nhiệt: Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tạo ra từ nhiệt
độ bên trong của Trái Đất. Nó được sử dụng thông qua các hệ thống địa nhiệt để
tạo ra nước nóng hoặc điện năng.
Những nguồn năng lượng này không chỉ giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi
trường mà còn giúp giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch không tái tạo.
VI/ Cơ sở lí thuyết của mô hình “xe chạy bằng năng lượng mặt trời”:
Xe chạy bằng năng lượng mặt trời thường được gọi là "xe chạy bằng năng lượng
mặt trời" hoặc "xe điện mặt trời". Cơ sở lý thuyết của việc chạy xe bằng năng
lượng mặt trời là sử dụng tia cực quang từ mặt trời để tạo ra điện năng, sau đó sử
dụng điện năng đó để cung cấp năng lượng cho việc chạy xe.
Dưới đây là một số yếu tố cơ sở lý thuyết quan trọng trong việc chạy xe bằng năng lượng mặt trời:
1. Quang điện hiệu suất cao: Cơ sở của việc chuyển đổi năng lượng mặt trời
thành điện năng là dựa trên hiệu ứng quang điện, trong đó các tia cực quang từ mặt
trời được hấp thụ bởi các tế bào quang điện (solar cells) để tạo ra dòng điện. Hiệu
suất của các tế bào quang điện đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tổng
lượng điện năng sản xuất được.
2. Lưu trữ và quản lý năng lượng: Đối với các xe điện mặt trời, việc lưu trữ và
quản lý năng lượng được tạo ra từ tia cực quang là một yếu tố quan trọng. Hệ
thống pin hoặc pin lithium-ion thường được sử dụng để lưu trữ năng lượng cho
việc sử dụng khi mặt trời không sáng hoặc khi xe đang di chuyển vào ban đêm.
3. Hiệu suất xe và trọng lượng: Thiết kế xe chạy bằng năng lượng mặt trời
thường cần cân nhắc giữa hiệu suất của xe và trọng lượng của các thành phần cần
thiết như tế bào quang điện và pin. Việc tối ưu hóa thiết kế để đảm bảo xe có thể
chạy hiệu quả và đạt được tốc độ và khoảng cách di chuyển mong muốn là một
phần quan trọng của quá trình phát triển xe điện mặt trời.
4. Tiêu thụ năng lượng và hiệu quả động cơ: Các hệ thống chuyển động trong
xe, như động cơ điện và hệ thống truyền động, cũng cần được thiết kế để làm việc
hiệu quả với năng lượng từ pin hoặc tế bào quang điện. Điều này đặc biệt quan
trọng để đảm bảo xe có thể vận hành một cách hiệu quả trong mọi điều kiện địa hình và thời tiết.
Tất cả các yếu tố trên cùng với việc phát triển công nghệ năng lượng mặt trời và xe
điện đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các xe chạy bằng năng lượng mặt
trời hiệu quả và thân thiện với môi trường.
VII/ Nguyên vật liệu của mô hình: 1) Các thanh gỗ 2) Bánh xe 3) Bánh răng 4) Mô tơ 5) Dây rút 6) Dây điện 7) Trục bánh xe
8) Pin năng lượng mặt trời loại nhỏ.
VIII/ Quy trình thực hiện
1) Thiết kế phần khung xe bằng các thanh gỗ, trục và bánh xe
2) Lắp đặt động cơ, mô tơ và bánh răng
3) Nối dây điện giữa mô tơ và pin năng lượng mặt trời
4) Chỉnh sửa và hoàn thiện sản phẩm.
IX/ Kết quả mô hình (ưu điểm và nhược điểm):
Ưu điểm: + Thể hiện được việc chuyển đổi năng lượng từ quang năng sang điện năng sang cơ năng.
+ Đơn giản, dễ dàng thực hiện.
Nhược điểm: + Chưa tối ưu về mặt thẩm mỹ.