Chuyển hóa năng lượng là gì? Sự biến đổi năng lượng trong vũ trụ theo thời gian thường được đặc trưng bởi các loại năng lượng khác nhau như: động năng hoặc năng lượng bức xạ,… bởi một cơ chế kích hoạt.
Chuyển hóa năng lượng là gì?
Chuyển hóa năng lượng là quá trình biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Trong vật lý, năng lượng là một đại lượng cung cấp khả năng thực hiện công việc hoặc cung cấp nhiệt. Ngoài khả năng chuyển hóa, theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng có thể truyền đến một vị trí hoặc vật thể khác, nhưng nó không thể được tạo ra hoặc bị phá hủy.
Năng lượng có thể được sử dụng trong các quá trình tự nhiên hoặc để cung cấp một số dịch vụ cho xã hội như sưởi ấm, làm lạnh, chiếu sáng hoặc thực hiện công việc cơ khí để vận hành máy móc.
Ví dụ: Để sưởi ấm một ngôi nhà, lò đốt nhiên liệu, mà thế năng hóa học của chúng được chuyển thành nhiệt năng, sau đó được chuyển đến không khí của ngôi nhà để tăng nhiệt độ của nó.
TÌM HIỂU THÊM VỀ CÁCH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TỪ MẶT TRỜI THÀNH ĐIỆN NĂNG TRONG GIẢI PHÁP LẮP ĐIỆN MẶT TRỜI CỦA CHÚNG TÔI!
Sự chuyển đổi năng lượng mặt trời
Sự chuyển đổi năng lượng mặt trời chính là việc sử dụng các loại công nghệ để chuyển hóa năng lượng mặt trời thành các dạng năng lượng hữu ích khác như: năng lượng điện, nhiên liệu và năng lượng nhiệt. Các công nghệ này bao gồm: công nghệ thu thập ánh sáng mặt trời sử dụng các thiết bị quang điện bán dẫn truyền thống (PV), công nghệ quang điện mới nổi, quang hợp nhân tạo, sản xuất nhiên liệu thông qua điện phân và các dạng xúc tác quang liên quan đến việc tạo ra những phân tử giàu năng lượng.
Những điều cơ bản về điện quang trong các công nghệ chuyển đổi năng lượng mặt trời mới nổi tạo ra được cả điện năng và nhiên liệu mặt trời, đây một lĩnh vực nghiên cứu vô cùng tích cực hiện nay.
Năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành điện năng như thế nào?
Năng lượng mặt trời (NLMT) cung cấp ánh sáng và nhiệt lượng, nó có tính chất của hạt và sóng. Mặt trời giống như một lò hạt nhân, nó chuyển đổi hydro thành heli nhờ vào phản ứng tổng hợp hạt nhân. Mặt trời giúp giải phóng năng lượng tương đương với 100 tỷ bom hydro/giây.
Quá trình chuyển đổi này rất hiệu quả, chuyển đổi khối lượng thành năng lượng dựa trên một phương trình nổi tiếng của Albert Einstein: E = MC2
Trong đó:
- E là năng lượng
- M là khối lượng
- C là tốc độ của ánh sáng
Vận tốc của ánh sáng là 186.000 dặm/giây, đây là vận tốc nhanh nhất hiện nay. Chỉ cần một khối lượng nhỏ cũng có thể tạo ra năng lượng rất lớn. Năng lượng chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác nhờ một bộ chuyển đổi. Để có thể chuyển đổi bức xạ mặt trời thành dòng điện thì chúng ta cần các tấm pin năng lượng mặt trời.
Pin năng lượng mặt trời về cơ bản là chất bán dẫn, nó có tính chất truyền điện giữa các chất dẫn điện như: kim loại hoặc nước muối,… Tấm pin năng lượng mặt trời được tạo lên từ các tấm silic pha tạp (thành phần chính có trong cát biển), và các tạp chất được thêm vào như: phốt pho cho phép các electron lưu chuyển. Khi các photon chuyển động va chạm với pin quang điện thì một dòng các electron có thể được tạo ra và truyền tới dây dẫn tạo thành dòng điện một chiều (DC).
Trước khi sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp điện năng cho các thiết bị điện, nó phải được chuyển đổi bởi một thiết bị được gọi là một bộ chuyển đổi. Hầu hết các dạng năng lượng hiện nay, bộ chuyển đổi cho phép bạn có thể dẫn điện năng vào lưới điện để sử dụng. Với việc sử dụng các tấm pin mặt trời giúp bạn có thể tận dụng được một nguồn năng lượng tái tạo để sử dụng, đồng thời giảm được rất nhiều chi phí tiền điện mỗi tháng.
Năng lượng hóa học là gì?
Năng lượng hóa học là quá trình biến đổi các chất hóa học tiềm năm thông qua phản ứng hóa học. Ví dụ: pin, thực phẩm, xăng dầu, v.v… Đây là việc phá vỡ hoặc tạo ra liên kết hóa học liên quan đến năng lượng, từ đó có thể hấp thu hoặc có thể phát triển từ một hệ thống hóa học.
Ví dụ:
- Khi nhiên liệu bị đốt cháy, năng lượng hóa học của oxy phân tử được chuyển thành nhiệt
- Cây xanh chuyển hóa ánh sáng Mặt Trời thành năng lượng hóa học thông qua quá trình quang hợp
- Điện năng có thể được chuyển đổi thành năng lượng hóa học và ngược lại dựa vào phản ứng điện hóa.
Truyền năng lượng là gì?
Truyền năng lượng là quá trình năng lượng được truyền từ hệ thống này sang một hệ thống khác nhằm mục đích làm làm giảm số năng lượng trong hệ thống có sẵn. Ví dụ: việc dẫn điện năng từ nhà máy sản xuất điện đến các hộ gia đình thông qua hệ thống các trạm biến áp, dây dẫn điện, quá trình truyền dẫn này sẽ làm thất thoát một lượng điện năng nhất định trong quá trình truyền tải.
Các ví dụ về chuyển hóa năng lượng hiện nay
1. Ví dụ về bộ chuyển đổi năng lượng trong máy
Một nhà máy điện đốt than liên quan đến các quá trình chuyển đổi năng lượng sau:
- Năng lượng hóa học trong than được chuyển hóa thành nhiệt năng trong khí thải của quá trình đốt cháy
- Nhiệt năng của khí thải chuyển hóa thành nhiệt năng của hơi nước thông qua trao đổi nhiệt
- Nhiệt năng của hơi nước chuyển thành cơ năng trong tuabin
- Năng lượng cơ học của tuabin được máy phát chuyển đổi thành năng lượng điện, đây là sản lượng cuối cùng
Trong một hệ thống như vậy, bước đầu tiên và bước thứ tư có hiệu quả cao, nhưng bước thứ hai và thứ ba kém hiệu quả hơn. Các trạm điện chạy bằng khí đốt hiệu quả nhất có thể đạt hiệu suất chuyển đổi 50%. Các trạm đốt dầu và than kém hiệu quả hơn.
Trong ô tô thông thường, sẽ xảy ra các biến đổi năng lượng sau:
- Năng lượng hóa học trong nhiên liệu được chuyển đổi thành động năng của khí nở ra thông qua quá trình đốt cháy
- Động năng của khí nở thành chuyển động thẳng của piston
- Chuyển động thẳng của piston chuyển thành chuyển động quay của trục khuỷu
- Chuyển động của trục khuỷu quay được truyền vào cụm truyền động
- Chuyển động quay ra khỏi cụm truyền động
- Chuyển động quay truyền qua một bộ vi sai
- Chuyển động quay được truyền từ bộ vi sai đến các bánh xe
- Chuyển động quay của các bánh dẫn động chuyển thành chuyển động thẳng của xe
2. Các chuyển đổi năng lượng khác:
Có nhiều máy móc và thiết bị chuyển đổi năng lượng từ dạng này thành dạng khác:
- Nhiệt điện (Chuyển đổi Nhiệt thành Năng lượng điện )
- Năng lượng địa nhiệt (Chuyển đổi Nhiệt thành Năng lượng điện)
- Động cơ nhiệt, chẳng hạn như động cơ đốt trong được sử dụng trên ô tô, hoặc động cơ hơi nước (Chuyển đổi Nhiệt → Năng lượng cơ học)
- Nhiệt điện đại dương (Chuyển đổi Nhiệt thành Năng lượng điện)
- Đập thủy điện (Chuyển đổi Thế năng trọng trường thành Năng lượng điện)
- Máy phát điện (Chuyển đổi Động năng hoặc Công cơ học thành Năng lượng điện)
- Pin nhiên liệu (Chuyển đổi Năng lượng hóa học thành Năng lượng điện)
- Pin [điện] (Chuyển đổi Năng lượng hóa học thành Năng lượng điện)
- Lửa (Chuyển đổi Năng lượng hóa học thành Nhiệt và Ánh sáng)
- Đèn điện (Chuyển đổi Năng lượng điện thành Nhiệt và ánh sáng)
- Micrô (Chuyển đổi Âm thanh thành Năng lượng điện)
- Năng lượng sóng (Chuyển đổi Năng lượng cơ học thành Năng lượng điện)
- Cối xay gió (Chuyển đổi Năng lượng gió thành Năng lượng điện hoặc Năng lượng cơ học)
- Ma sát (Chuyển đổi Động năng thành Nhiệt)
- Lò sưởi điện (Chuyển đổi Năng lượng điện thành Nhiệt)
- Quang hợp (Chuyển đổi Bức xạ điện từ thành Năng lượng hóa học)
- Thủy phân ATP (Chuyển đổi Năng lượng hóa học trong adenosine triphosphate thành năng lượng cơ học)
3. Ví dụ về sự hạn chế trong chuyển đổi năng lượng nhiệt
Chuyển đổi các dạng năng lượng khác thành năng lượng nhiệt có thể xảy ra với hiệu suất lên tới 100%. Chuyển đổi giữa các dạng năng lượng không phải là năng lượng nhiệt có thể xảy ra với hiệu suất cực kỳ cao, mặc dù luôn có một lượng năng lượng nào đó bị hao hụt do quá trình ma sát. Tuy nhiên, hiệu suất có thể đạt tới gần 100%, ví dụ: khi thế năng được chuyển đổi thành động năng (trường hợp một vật rơi trong chân không).
Trên đây là những thông tin về chuyển hóa năng lượng. Bạn có thể tìm hiểu thêm về chuyển đổi nhiệt năng, chuyển hóa năng lượng hay giải phóng năng lượng tại đây.
TÌM HIỂU THÊM VỀ CÁCH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TỪ MẶT TRỜI THÀNH ĐIỆN NĂNG TRONG GIẢI PHÁP LẮP ĐIỆN MẶT TRỜI CỦA CHÚNG TÔI!
Các dạng năng lượng phổ biến hiện nay
1. Năng lượng từ than đá
Than đá lại là loại năng lượng hóa thạch có tốc độ tái tạo rất chậm, vì thế chi phí khai thác và sử dụng than đá bị đẩy lên cao và gây ảnh hưởng nhiều đến môi trường. Hiện nay, dù vẫn còn nhiều nhà máy công nghiệp khai thác năng lượng từ than đá nhưng phần lớn các doanh nghiệp này đều hướng đến các nguồn năng lượng hiệu quả hơn, giúp bảo vệ môi trường và có chi phí rẻ hơn.
2. Năng lượng từ dầu mỏ, khí đốt
Dầu mỏ và khí đốt bắt đầu được ưa chuộng từ nửa sau thế kỷ 20, nó giữ vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của nhiều lĩnh vực. Hiện nay, dầu mỏ và khí đốt vẫn giữ một vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống và các hoạt động sản xuất trên toàn thế giới.
Giống như than đá, dầu mỏ và khí đốt là nguồn nhiên liệu gần như không thể phục hồi được nên các doanh nghiệp hiện nay đều có xu hướng sử dụng các nguồn năng lượng tiềm năng và mang lại hiệu quả cao.
3. Thủy điện
Thùy điện được sử dụng phổ biến nhất tại Việt Nam hiện nay và nó cũng chiếm tỉ trọng lớn 22% trên thế giới. Việc xây dựng nhiều nhà máy thủy điện cũng sẽ ảnh hưởng nhiều đến môi trường và địa lý. So với những nguồn nhiên liệu hóa thạch khác, thủy điện giúp tiết kiệm khá nhiều chi phí và đây được coi là một nguồn năng lượng tái tạo.
4. Năng lượng hạt nhân
Năng lượng hạt nhân đem tới hiệu suất cao hơn và ít bị phụ thuộc vào vị trí địa lý hay điều kiện tự nhiên. Hơn thế, năng suất và khả năng cung ứng của năng lượng hạt nhân là rất lớn nên có thể sử dụng cho mọi ngành công nghiệp hiện nay, năng lượng hạt nhân đang được phát triển mạnh ở các quốc gia phát triển. Bởi năng lượng hạt nhân đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao, vì khả năng gây rủi ro lớn khi xảy ra sự cố nên nhiều nước không được khuyến khích sử dụng nguồn năng lượng này.
5. Năng lượng gió
Năng lượng gió được tạo ra từ luồng không khí chuyển động ở bên trong khí quyển. Ở những nơi thường xuyên có gió thì có thể cung cấp gió liên lục cho các tuabin, năng lượng tạo ra được dùng cho việc vận hành một số thiết bị, năng lượng gió hiện nay đang được sử dụng ở nhiều gốc gia châu Âu, Hoa Kỳ.
6. Năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt là một nguồn năng lượng còn khá mới mẻ hiện nay, nó được khai thác và sử dụng dưới cả 2 dạng nhiệt và điện. Ở nhiều quốc gia châu Âu, việc sử dụng và khai thác năng lượng địa nhiệt đang được khuyến khích sử dụng. Tại Việt Nam đã có một số nhà máy điện nhiệt đầu tiên nhưng chưa được chú tâm đến.
7. Năng lượng mặt trời
Nguồn năng lượng mặt trời được sử dụng khá phổ biến ở Việt nam và được nhiều địa phương áp dụng vào công việc sản xuất. Thậm chí, chính phủ còn cho phép các đơn vị, gia đình lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời được bán điện trực tiếp cho EVN từ hệ thống điện mặt trời hòa lưới.
Tham khảo: Wikipedia
Xem thêm:
- Đèn năng lượng mặt trời giá rẻ, chất lượng cao
- Những điều cần biết Máy bơm nước sử dụng năng lượng mặt trời