1. МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ, НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ГОЛОВНЕ УПРАВЛІННЯ ОСВІТИ І НАУКИ КІРОВОГРАДСЬКОЇ ОБЛДЕРЖАДМІНІСТРАЦІЇ
КІРОВОГРАДСЬКЕ ТЕРИТОРІАЛЬНЕ ВІДДІЛЕННЯ
МАЛОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ
НАУКОВЕ ТОВАРИСТВО УЧНІВ
«ПОШУК» Секція фізика
ЧИ МОЖЛИВО ВИКОРИСТОВУВАТИ
ЕНЕРГІЮ БЛИСКАВКИ?
Роботу виконав: Тріщенко Максим
Олегович, учень 9 класу
Торговицької ЗШ І-ІІІ ступенів
ім. Є.Ф.Маланюка Торговицького НВО
Науковий керівник:
Зінов’єв Геннадій Юрійович,
учитель фізики
Торговицької ЗШ І-ІІІ ступенів
ім. Є.Ф.Маланюка Торговицького НВО
2. ВСТУП
Вже стало всім зрозуміло, що традиційні енергетичні ресурси не
безмежні, тому існує реальна небезпека виснаження розвіданих запасів
органічного викопного палива. У зв'язку з цим освоєння доступної
відновлюваної енергії, виробництво і споживання якої супроводжується
мінімальним впливом на навколишнє середовище, в світі
усвідомлюється найважливішим завданням.
Людина навчилася використовувати енергію води – зводячи
гідроелектростанції, енергію вітру - встановлюючи вітряні станції і навіть
енергію атома - на атомних електростанціях. Зараз активно
використовується сонячна енергія, акумульована в сонячних батареях.
Блискавка це чиста енергія, при її застосуванні будуть не тільки
усуватися численні екологічні проблеми, але також буде значно
зменшувати дорожнечу виробництва енергії. Люди довгий час вивчають
це явище, адже блискавки тісно пов'язані з енергетикою, це цілком
зрозуміло, але управляти блискавками людина досі не навчився - це і є
перша проблема.
Якщо вдасться створити грозову енергетичну станцію, то в місцях, де
це буде можливо, люди отримають екологічно чисту енергію, і людство
зможе підпорядкувати ще один з недосліджених ресурсів.
3. Природні ресурси нашої планети
Земля рано чи пізно вичерпаються,
адже людство потребує все більше і
більше потужностей для свого
комфортного проживання, тому
потрібно буде освоювати нові
джерела енергії. Можливо, людство
навчиться використовувати енергію
блискавки.
Актуальність проблеми
4. Мета дослідження: вивчення блискавки, як
одного з видів отримання електричної енергії та
розглянути перспективи та недоліки грозової
енергетики, яка дозволить використовувати
енергію блискавок в якості альтернативного
джерела енергії.
5. Завдання
• 1) Вивчити види, спосіб утворення та
властивості блискавок.
2) Опрацювати теоретичний матеріал з
перспектив та проблеми застосування
грозової енергетики;
3) Вивчити грозову активність.
• 4) Зробити розрахунки розмірів
конденсатора та скільки часу село
Торговиця могло б використовувати енергію
блискавки середньої потужності .
7. Предмет дослідження
Перспективи та недоліки використання енергії
блискавки, як невичерпного екологічно
чистого джерела досить дешевої енергії.
8. Перші дослідники блискавки
Вже в XVII столітті висловлювалися припущення,
що блискавка - це гігантська іскра, нічим, крім
розмірів не відрізняється від іскри, що проскакує
між двома різнойменно зарядженими кульками. А
проскакує блискавка між двома різнойменно
зарядженими грозовими хмарами або між
грозовою хмарою і землею.
9. БЛИСКАВКА ТА ЇЇ ВЛАСТИВОСТІ
Блискавка — гігантський електричний іскровий розряд в
атмосфері, який проявляється яскравим спалахом світла
з супроводом грому. Сила струму в розряді блискавки на
Землі досягає 10-500 тисяч ампер, напруга - від десятків
мільйонів до мільярда вольт. Потужність розряду - від 1
до 1000 ГВт.
13. Грозова
(блискавкова)
ферма – міф
чи
реальність?
Розмови про такі станції ведуться
вже багато років, але не виключено,
що в наступному році ми нарешті
побачимо діючий зразок «збирача
блискавок».
11 листопада 2006 році компанія
Alternative Energy Holdings заявила
про свої успіхи в справі створення
прототипу конструкції, яка могла б
продемонструвати «захоплення»
блискавки з подальшим
перетворенням її в «побутову»
електроенергію. Компанія заявила,
що окупність чинного промислового
аналога складе 4-7 років при
роздрібній ціні 0,005 дол. США за 1
кВт-год. На жаль, керівництво
проекту після серії практичних
дослідів було змушене повідомити
про провал.
14. Проблеми розвитку даного
напрямку енергетики
• передбачити час і місце грози неможливо. Це означає, що навіть там,
де встановлений максимум по кількості ударів блискавок, потрібно
змонтувати досить багато «пасток»;
• блискавка - це короткочасний енергетичний сплеск, тривалість якого
дорівнює часткам секунди, і його потрібно дуже швидко освоювати.
Для вирішення цього завдання потрібні найпотужніші конденсатори,
яких ще не існує, а ціна їх, ймовірно, буде дуже висока;
• потужність розрядів також сильно відрізняється. Більшість блискавок -
це 5-20 кА, але бувають спалахи силою струму в 200 кА, а кожен з них
потрібно привести до стандарту в 220 В і 50-60 Гц змінного струму;
• блискавка буває негативною, що утворюється з енергії, що скупчилася
в нижній частині хмари, і позитивної, що накопичується у верхній його
частині. Даний фактор також потрібно брати до уваги при обладнанні
блискавкової ферми.
16. Наближенні розрахунки розмірів конденсатора
І = 20000А = 2 · 104 А U = 20000000В = 2 · 107 В
P = IU = 2 · 104 · 2 · 107 = 4 · 1011 Вт
t = 0.001c = 10-3 c
W = Pt = 4 · 1011 · 10-3 = 4 · 108 Дж
W =
𝐶𝑈2
2
→ C =
2𝑊
𝑈2 =
8 ∙108
4∙1014 = 2 · 10-6 Ф
Обчислимо розміри конденсатора
С =
𝜀∙𝜀0 ∙𝑆
𝑑
→ S =
𝐶 ∙𝑑
𝜀 ∙ 𝜀0
Нехай візьмемо, що відстань між пластинами 1 метр, а діелектриком буде
вода 𝜀 = 80, 𝜀0= 8,85 · 10-12 Ф
м
отримаємо
S =
2 ∙ 10−6 ∙1
80 ∙8.85 ∙ 10−12 = 2825 м2
Припустимо, Що ширина пластини буде 25м тоді довжина буде
становити = 113м. Як бачимо розміри його досить великі.
17. Енергії однієї блискавки хватило б, щоб моє
село Торговиця користувалося нею більше
30 тисяч років
18. ВИСНОВОК
Для грозової електростанції потрібно «приманювати»
блискавку для удару і тому потрібно піднімати на дуже велику
висоту пристрої, які будуть притягувати блискавку, а для цього
потрібні легкі, електропровідні високотехнологічні матеріали.
Цим матеріалом може бути графен, він дуже добре проводить
електрику, до того ж міцний і витримує велике навантаження,
тому з нього можна побудувати
цілі хмарочоси висотою в
декілька сот метрів, а можливо і
кілометр. Важко уявити собі, що
через якийсь час ми легко
можемо зустріти такі споруди.
Енергія є скрізь тільки її потрібно
вміти звідти дістати.
19. Але незважаючи на очевидні складнощі,
ідея створення блискавкових ферм жива.
Дуже хочеться людству приборкати
природу та отримати доступ до
величезних поновлювальних запасів
енергії.
