اندازه گیری مشخصه های یک رودخانه محلی – جلسه اول

اهداف:

آشنایی با مفهوم دبی

توضیح در مورد منابع انرژی موجود برای کشور

مزیت های استفاده از نیروگاه‌های آبی

عوامل مۆثر در قدرت تولیدی یک نیروگاه آبی

وسایل مورد نیاز: 

سطل آب با حجم مشخص

زمان سنج

تصاویر موجود در متن( می توانید عکس ها را از بخش منابع بیش تر بردارید و پرینت بگیرید)

1-1 دبی چیست؟

آبگذری یا دبی مقدار آبی است که از نقطه مشخصی در واحد زمان عبور می‌کند. این میزان از حاصل ضرب سطح مقطع در سرعت آب به دست می آید. دبی یک رود از سر چشمه تا مصب رود در حال افزایش است و این به دلیل ورود جوی های آب است.

به دلیل اهمیت مفهوم دبی، با انجام آزمایش، با این مفهوم بیشتر آشنا می شویم. یک سطل خالی را بر داید، شیر آب را مقدار معینی باز کرده، سپس سطل خالی را زیر شیر قرار دهید و زمان پر شدن سطل را اندازه گیری کنید. این آزمایش را با بازتر یا بسته تر کردن شیر آب تکرار کنید و زمان‌های به دست آمده را یادداشت کنید._ اعداد به دست آمده را با هم مقایسه کرده و دلیل کم و زیاد شدن زمان پر شدن سطل را بیابید.

حال اگر حجم سطل را بر زمان پر شدن آن تقسیم کنیم، معیاری از میزان بازبودن شیر به دست می آید که نام این معیار دبی می باشد. دبی شیر را در حالت های مختلف آزمایش محاسبه کردید، مشاهده می‌کنید که در حالتی که شیر بیش‌تر باز است، دبی آن بیش‌تر و در حالتی که کمتر باز است، دبی آن کمتر است. اگر واحد حجم و زمان اندازه گیری را بدانیم، برای به دست آوردن واحد دبی، واحد حجم را بر واحد زمان اندازه گیری تقسیم می کنیم، مثلاً اگر حجم براساس لیتر و زمان براساس ثانیه اندازه گیری شده باشد واحد دبی، لیتر بر ثانیه یا ^lit/_s خواهد بود. یا مثلاً اگر حجم براساس متر مکعب و زمان براساس ساعت اندازه گیری شده باشند، واحد دبی متر مکعب بر ساعت یا ^m3/_h خواهد بود.

1-2 منابع انرژی یک کشور

به نظر شما منابع تأمین انرژی یک کشور کدامند؟

انرژی مورد نیاز یک کشور از طرق مختلفی مانند سوخت فسیلی، سوخت اتمی، آب،گاز طبیعی، انرژی خورشید، انرژی باد و انرژی زمین و .... تأمین می‌شود، این منابع معمولاً صرف تولید برق و حرارت می‌شوند.

_ می‌توانید منابع تولید انرژی در ایران را نام ببرید؟

موقعیت جغرافیایی ایران به گونه ای است که استفاده از کلیه منابع انرژی در تولید برق در آن امکان دارد و یکی از عظیم ترین منابع انرژی ایران پتانسیل های آبی کشور می باشد. (پتانسیل‌های آبی کشور حدود 20000 مگا وات تخمین زده شدند که هنوز مقدار زیادی از آن مورد استفاده قرار نگرفته است.)

1-3 اهمیت نیروگاه‌های آبی و عوامل مۆثر بر میزان تولید انرژی آنها

درنیروگاه آبی، با استفاده از نیروی آب، چرخی را می چرخانیم و از این چرخش توسط ژنراتور برای تولید برق استفاده می کنیم، ولی در انواع دیگر نیروگاه، مثلاً گاز را می سوزانیم و از آن برای گرم کردن آب استفاده می کنیم. آب گرم بخار می شود و از این بخار برای چرخاندن توربین متصل به ژنراتور استفاده می کنیم. برای درک بهتر، می توانید اشکال زیر را به آنها نشان دهید:

نیروگاه آبی – شکل شماتیک نیروگاه بخاری

به نظر شما مزیت هر کدام از انواع نیروگاه‌ها چیست؟

نیروگاه‌های آبی نیازی به سوخت رسانی ندارند، به دلیل عدم وجود دمای بالا و دیگ بخار، عمر بیشتری دارند و هزینه نگهداری کم‌تری دارند، همچنین هوا را نیز آلوده نمی کنند، در عوض نیروگاه بخاری در هر جایی می تواند احداث شود و به مکان خاصی نیاز ندارد ولی نیروگاه آبی به بستن سد در مسیر رودخانه نیاز دارد.

تصویر زیر شکل چرخه آب در طبیعت را نشان می‌دهد.

همان طور که در تصویر بالا ملاحظه می‌کنید جریان سطحی آب عبارت است از جریان آبی که در اثر بارندگی یا ذوب شدن برف جاری می‌شود. به ناحیه ای که در آن مجموعه ای از رودخانه ها، نهرها و یا کانال‌های آب دریافت کننده جریانات سطحی آب وجود داشته باشد، حوضه آبریز می گویند. در شکل زیر شماتیک یک حوضه آبریز موجود می باشد.

از عوامل اصلی در ساخت نیروگاه آبی، مشخصه های رودخانه های اطراف حوضه آبریز آن می باشد، مثلاً دبی آب عبوری از آنها در فصول مختلف. با داشتن این مشخصه ها می توانیم تخمین بزنیم که آیا احداث نیروگاه صرفه اقتصادی دارد یا خیر؟ و چه میزان برق تولید می کند؟

حال به آنها توضیح دهید که توان نیروگاه تنها به دبی آب ورودی به مخزن سد وارتفاع سد مربوط می شود.

توجه: اگر دبی را با Q، جرم حجمی آب را با P، شتاب گرانش زمین را با g و ارتفاع سد را با H نشان داده شوند، توان نیروگاه برابر خواهد بود با:

p.g.H.Q= توان

البته این حداکثر توان قابل تولید است. مقداری از این توان در توربین و ژنراتور تلف می‌شود. البته می توان از رابطه انرژی پتانسیل نیز استفاده نمایید. وقتی آب در ارتفاع H باشد، میزان انرژی پتانسیل ذخیره شده در آن برابر pgh می باشد. در صورتی که آب با نرخ دبی Q از ارتفاع H سرازیر شود، حداکثر انرژی قابل دریافت از آب عبارت است از pgh.Q که همان فرمول بالا می باشد.

تصویر زیر شکل شماتیک یک سد به همراه نیروگاه آن می باشد.

سد آبی و نیروگاه

وقتی آب از ارتفاع H به ارتفاع صفر می رسدانرژی پتانسیل خود را از دست می دهد و ما از بین انرژی آزاد شده برای ایجاد کار استفاده می‌کنیم.

حال برای آزمایش، یک کتاب را از روی زمین تا ارتفاع 1 متری بلند کنید. می بینید که برای این کار باید نیرو مصرف کرد. وقتی کتاب به بالا رسید، دارای انرژی پتانسیل می شود و می تواند کار را انجام دهد، مثلاً اگر آن را رها کنید، در لحظه برخورد به زمین انرژی دارد و می تواند جسمی را تکان دهد ( اگر برخورد کند ).

آب عبوری از توربین نیز وضعیت مشابهی دارد. از ارتفاع H تا ارتفاع صفر پایین می آید، در پایین انرژی خود را به توربین می‌دهد و به رودخانه تخلیه می‌شود.

تکلیف:

پاسخ سئوال زیر را برای ما ارسال نمایید:

_ اگر ارتفاع یک سد 150 متر، دبی آب آن 10 متر مکعب برثانیه باشد و بازده توربین و ژنراتور %80 باشد توان تولیدی نیروگاه چقدر خواهد بود؟

محل بازدید/ اردو/ خرید:

برای این جلسه می توانید از سد های آبی اطراف شهرتان بازدید نمایید و با نحوه عملکرد نیروگاه های آبی از نزدیک آشنا شوید .

منابع مطالعه:

برای اطلاع بیشتر در زمینه نیروگاه ها به فایل زیر مراجعه نمایید.

_ فایل موجود شما را با نیروگاه های آبی مزایا و معایب آنها، طبقه بندی نیروگاه های آبی و ... آشنا می سازد.

فایل pdf

_ سایت معرفی شده شما را با مفهوم دبی، روش های اندازه گیری دبی جریان آب، اندازه گیری دبی آب در کانال‌ها بیش‌تر آشنا می سازد.

http://amouzesh.irib.ir/d/page_sh.asp?key=7&ov=511

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان

تنظیم: یگانه داودی

اندازه گیری مشخصه های یک رودخانه محلی – جلسه اول
اندازه گیری مشخصه های یک رودخانه محلی – جلسه دوم
اندازه گیری مشخصه های یک رودخانه محلی – جلسه سوم
اندازه گیری مشخصه های یک رودخانه محلی – جلسه چهارم
اندازه گیری مشخصه های یک رودخانه محلی – جلسه پنجم
اندازه گیری مشخصه های یک رودخانه محلی – جلسه ششم
اندازه گیری مشخصه های یک رودخانه محلی – جلسه هفتم
اندازه گیری مشخصه های یک رودخانه محلی – جلسه هشتم