نشاط عملي يوّضح الكيفية التي تتم بها الحصول على الطاقة من الشمس

2011 تجارب علمية بيئتنا

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الطاقة الشمس كيفية الحصول على الطاقة من الشمس علوم الأرض والجيولوجيا

الأهداف

1.اكتشاف أكثر الطرق فاعلية في امتصاص الطاقة الحرارية للشمس.

 

الأدوات التي تحتاجها

1- قارورتان بلاستيكيتان

2- بالونان

 

3- حلقتان (طوقان) مطاطيتان

4- طلاء أسود

 

5- طلاء أبيض

6- جريدة

 

7- مصباح أو يوم مشمس

8- فرشاة دهان

 

خطوات العمل 

1-قم بطلاء إحدى القارورتين البلاستيكيتين باللون الأبيض والقارورة الثانية باللون الأسود (راجع "التعليمات المفيدة").

2- ضع بالوناً على عنق كل قارورة واستخدم حلقة مطاطية لتثبيت البالونات في مكانها.

3- ضع كلتا القارورتين تحت أشعة الشمس وراقب ما يحصل للبالونات خلال الدقائق القليلة القادمة.

4- يجب أن تشاهد بعد دقائق قليلة أن أحد البالونين ينتصب بشكل عمودي عندما يتمدد الهواء داخله. وعند حدوث ذلك، انقل القارورتين إلى الظل. ماذا سيحدث الآن للبالونين؟

5- لا تقلق إذا لم تكن أشعة الشمس كافية، لأنك ما زلت قادراً على إنجاز النشاط. استخدم مصباح طاولة بدلاً من الشمس. ضع المصباح بحيث تسلط ضوءه مباشرة على البالونات من الأعلى بمسافة 6 بوصات (15 سم).

 

إن الصفائف الشمسية عبارة عن مجموعات من المرايا المنحنية (شبه الكروية) التي تركز أشعة الشمس وتجعلها أقوى. وتستطيع اكتشاف هذا  الأثر بنفسك من خلال صنع مرآة منحنية بسيطة.

أحضر قطعة رقيقة من الورق المقوى (الكرتون) وغلفها برقائق الألمنيوم.. 

اثنِ ورقة الكرتون حتى تتقوس على شكل منحنى (انظر للأسفل جهة اليمين) وضعها خلف القارورتين بحيث تسقط عليها أشعة الشمس. هل تنتفخ البالونات بسرعة أكبر عندما تكون أشعة الشمس مركزة خلف القارورتين؟

 

تستطيع اختبار مدى فاعلية الألوان الأخرى في امتصاص أشعة الشمس، وذلك بطلاء قوارير أخرى بألوان مختلفة.

حاول إعادة التجربة باستخدام قارورة باللون الأرجواني (إلى الأسفل) أو قارورة بلون أزرق. أي الألوان تعمل بصورة أفضل؟

 

تحليل النشاط

لابدّ أنك اكتشفت أنه خلال وقت محدد تمدد البالون المثبت على القارورة السوداء أكثر من تمدد البالون المثبت على القارورة البيضاء لأن اللون الأسود يمتص الحرارة أكثر من اللون الأبيض.

وعندما ترتفع درجة حرارة الهواء داخل القارورة فإنه يتمدد ويؤدي إلى انتفاخ البالون.

إذا نفذت نشاط المتابعة مستخدماً مرآة منحنية، لابدّ أنك لاحظت أن البالونات انتفخت بسرعة أكبر لأن المرآة قامت بتركيز أشعة الشمس وزيادة كمية الطاقة الحرارية الموجهة على القوارير.

 

يمكن استخدام الأنواع الأخرى للطاقة الحرارية في توليد الطاقة أيضاً، إذ يمكن، على سبيل المثال، تحويل الحرارة الكامنة في باطن الأرض إلى طاقة كهربائية.

تقع الطبقة الخارجية من جوف الأرض المكونة من معادن سائلة على عمق أكثر من 1.200 ميل (2.000 كم) تحت سطح الأرض. من المعتقد أن درجات الحرارة في تلك الطبقة تصل إلى 7232 درجة فهرنهايت (4000 درجة مئوية) على أقل تقدير.

وحيث تكون قشرة الأرض رقيقة جداً تندفع الصخور المنصهرة والبخار الموجود بحرارة فائقة إلى السطح بفعل البراكين والشقوق الصخرية.

 

ويمكن استخدام هذه الحرارة التي تخرج إلى السطح في مجالات التدفئة وتوليد الكهرباء، ونطلق على هذا النوع من الطاقة اسم «الطاقة الجوفية».

وللاستفادة من الطاقة الجوفية يتم ضخ الماء البارد عبر آبار يصل عمقها إلى 6500 قدم (1980 م). تملأ المياه التشققات الموجودة في الصخور العميقة والحارة.

وعندما تقوم هذه الصخور بتسخين الماء يُعاد ضخه إلى السطح مرة أخرى بدرجات حرارة تصل إلى 390 درجة فهرنهايت (200 درجة مئوية).

 

إن الماء لا يغلي بما أنه تحت الضغط، ولكن حين يعود إلى السطح ويصل إلى الضغط الجوي الطبيعي فإنه يتحول إلى بخار بسرعة حيث يدير العنفات في المولدات التي تنتج الكهرباء. ويمكن استخدام طاقة الرياح أيضاً في توليد الكهرباء.

تستخدم طاقة الرياح في تحريك شفرات كبيرة متحركة (عنفات) مشابهة لشفرات المراوح، وتقوم هذه الشفرات بتشغيل مولّدة لإنتاج الكهرباء. يمكن أن يبلغ عرض الشفرات 330 قدماً (100 م) لالتقاط أكبر كمية ممكنة من الرياح.

تكون الشفرات مزودة بمجسات تقوم بتشغيلها عند هبوب الرياح. تستطيع عنفة رياح واحدة كبيرة أن تولد كهرباء تكفي لإمداد بلدة صغيرة، أما للمساحات الأكبر فيتم جمع عدد أكبر من العنفات في يُطلق عليها «مزارع الرياح» (مناطق عنفات توليد طاقة الرياح).

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]