Video prezentation of technology center: Windows media video file, Real One video file

Mesuring of solar radiation

May 2005
June 2005
July 2005
August 2005
September 2005
October 2005
November 2005

  • 1 ČLOVĚK JE ČÁSTEČKA VESMÍRU
  • 2 CO JE ENERGIE?
  • 3 ENERGIE ZEMĚ
  • 4 ŽIVOTODÁRNÉ SLUNCE
  • 5 SLUNEČNÍ ENERGIE NA ZEMI
  • 6 ENERGIE V NAŠICH SLUŽBÁCH

    •  

    1 ČLOVĚK JE ČÁSTEČKA VESMÍRU

    přednáška Josipa Kleczeka: 1_uvod_ a_clovek_je_castecka_vesmiru.pdf, 1_clovek_je_castecka_vesmiru.pps

    2 CO JE ENERGIE?

    přednáška Josipa Kleczeka: 2_co_je_energie.pdf, 2_ energie_ kde_je.pps

    Energie je nejdůležitější vlastnost hmoty a záření. Je obsažena v každém kousku hmoty i v paprsku světla. Je všude ve vesmíru a ve všem kolem nás. Můžeme říci, že energie je to, co je ve všem.Bez energie by byl všude černý mrazivý mrtvý klid.

    Energie nás provází všude.

    Chemická energie v našich svalech umožnuje pohyb - mění se na pohybovou energii. Teplo našeho těla je pohybová energie molekul, z nichž je složeno.

    Energie je všude, neboť je ve hmotě a v záření. Je v každém místě kosmického prostoru, neboť všude jsou fotony a působí gravitační síla hmoty. Hmota v klidu obsahuje obrovskou klidovou energii.

    "Stavební materiál", z něhož byly vybudovány všechny věci ve Vesmíru (od atomu až po hvězdy) je stejný. Jsou to jen tří druhy velmi malých částic, odborně nazývaných elementární částice. Ve Vesmíru byl před třinácti miliardami roků (po velkém třesku) velmi malý výběr: jenom kladné protony (+), o málo hmotnější neutrony bez elektrického náboje (0) a velmi lehké záporné elektrony.(-).
    Protonům a neutronům se říká jaderné částice (nukleony), neboť z nich je složeno jádro atomu. Oba nukleony jsou dvatisíce krát těžší (hmotnější) než elektron. Celý známý vesmír je vybudován ze dvou druhů nukleonů a z lehkých elektronů.

    Změny klidové energie.

    Všechny elementární částice v celém Vesmíru mají stejnou klidovou energii. Dostaly ji do vínku při zrodu (při Velkém třesku) v množství naprosto stejném. To platí o částici osamelé, která se nepohybuje.
    Jestliže však do její samoty zasáhne okolí, její klidová energie se změní. Změní se totiž její hmotnost. Buď vzroste, jestli je urychlena a získá kinetickou energii.

    Nebo se klidová energie částice zmenší. K úbytku dochází, jestliže se částice stane součástí nějakého systému částic. Pro představu uveďme fúzi 4 protonů do jednoho jádra hélia (=alfa částice). Probíhá v obrovském měřítku ve středu Slunce a je to pro život na Zemi nejdůležitější proces vůbec.

    Každý proton při fúzi odevzdá ze své klidové energie 7 megaelektronvoltů. Této odevzdané energii se říká vazebná energie.

    Vymáčknout z protonů energii při vzniku jádra hélia, to dokáže jen jaderná síla. Je to jedna ze tří základních sil (odborně interakcí), které budují systémy z elementárních částic (věci) a při tom vyždímat jejich klidovou energii. Ty druhé dvě jsou síla elektrická a gravitace.

    Druhou základní energií ve Vesmíru je záření. Zaplňuje celý vesmír. Nejznámější je to záření, které vidíme - světlo . Podobně jako hmota je složena z elementárních částic, tak i záření je složeno z částic - klubíček energie. Říká se jim řeckým slovem fotony - "světelné částice". Každé záření je proud fotonů a nezáleží na tom, jestli je vidíme (jako světlo) nebo nevidíme (záření rentgenové , ultrafialové, tepelné , rádiové). A každý foton nese kapičku energie. Tím větší, čím rychleji v něm kmitá elektrická síla.

    3 ENERGIE ZEMĚ

    přednáška Josipa Kleczeka: 3_energie_zeme.pdf, 3_energie_zeme_def.pps

    Všechnu energii má Země z Vesmíru. Podle původu a stáří rozeznáváme dva druhy energie na Zemi: A/ Tu "starou energii" zdědila Země při svém vzniku z protoplanetárního disku. Stalo se to před čtyrmi a půl miliardami roků. B/ Mnohem duležitější je však "nová energie" - nepřetržitý obrovský příval zářivé energie, který dopadá na Zemi ze Slunce.

    Plujeme ledovým vesmírem (jako astronauti) na velké kosmické lodi jménem Země. Žije nás na planetě Zemi šest miliard. Zásoby fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn, uran), které dnes užíváme jako zdroj energie, jsou omezené a povážlivě jich ubývá. Až se vyčerpají - odkud získáme nové zdroje?. Podívejme se, jaké jiné (čili alternativní) energie jsou na naší planetě, odkud pocházejí.

    Pohybová energie Země.
    Naše planeta má velkou hmotnost a pohybuje se v kosmickém prostoru rychle. Má proto velkou pohybovou energii. Obíhá kolem Slunce (rychlostí 30 km za sekundu) a otáčí se kolem vlastní osy. Země se otáčí pod přílivovou vlnou moří, kterou vytváří gravitační síla Měsíce. Energie slapů (to je přílivu a odlivu) je využívána ve slapových elektrárnách.

    Jaderná energie.

    V protoplanetárním disku, který se otáčel kolem Slunce a z něhož vznikly planety, byly i těžké radioaktivní prvky (uran 235 a jiné). Energie byla uložená do radioaktivních prvků. Stalo se tak před sedmi miliardami roků při zániku velmi hmotné hvezdy. Takový katastrofický zánik velmi hmotných hvězd se nazývá supernova. Za vysokých teplot jsou při výbuchu supernovy vytvořeny všechny těžké prvky, včetně radioaktivních. Plyny vyvržené do mezihvězdného prostoru obohatily chemicky mlhovinu, ze které vznikla sluneční soustava. Takže energie uvolňovaná v atomových elektrárnách je dědictvím z nepředstavitelného žáru (200 miliard stupňů) a je stará sedm miliard roků.
    Stejný původ má i geotermální energie - tj. energie v nitru Země, uvolňovaná rozpadem radioaktivních prvků. Tak staré je tedy teplo horkých pramenů v Karlových Varech a v mnoha gejzírech po světě.

    Teplo zemského nitra se využívá k ohřevu skleníků (napr. na Kamčatce, na Islandu), k vytápění bytů (napr. v Reykjaviku) i k získávání elektřiny v geotermálních elektrárnách (Island, Itálie, Jáva, Kalifornie a jinde.)

    Deuterium - palivo budoucnosti.

    Deuterium je název težkého vodíku. Jeho chemická značka je D. Je složeno z jednoho protonu a jednoho neutronu.
    Přírodní voda obsahuje asi 0,015% těžké vody. Oceány jsou téměř nevyčerpatelnou zásobárnou deuteria.
    V budoucnosti se deuterium stane cenným palivem pro fúzi v termonukleárních reaktorech. Deuterony D se v nich slučují s tritony T (= jádry velmi těžkého vodíku). Tritony se získávají během reakce ze stěn komory, jejíž vystýlka je z lithia. Prvá experimentální fúze deuteria s tritiem se podařila skupině evropských fyziků v anglické laboratoři Culham nedaleko Oxfordu. Získaná energie byla větší než vložená. Velkým mezinárodním projektem je fúzní elektrárna ITER. Měla by ve Francii pracovat v r. 2015.

    4 ŽIVOTODÁRNÉ SLUNCE

    přednáška Josipa Kleczeka: 4_zivotodarne_slunce.pdf, 4_zivotodarne_slunce.pps

    Slunce je nejduležitejší hvezda

    Je to obrovská koule ze žhavých plynů (čili z plazmatu). Je milionkrát větší než naše planeta Země. Je složeno především z nejlehčích plynů tj. z vodíku a hélia.

    Slunce je pouze obyčejná hvězda. Hvězd, jako je Slunce, napočetli astronomové jen v Mléčné dráze 150 miliard. Slunce je ale zdrojem energie pro Zemi a pro všechen život na ní. V jeho nitru se uvolňuje klidová energie vodíku a mění se v záření. Slunce - stejně jako všechny ostatní hvězdy - je obrovský jaderný reaktor. Dokonalý přírodní termonukleární reaktor, jaký se člověk úsilovně snaží napodobit na Zemi (napr. ITER).

    Středová oblast, v níž se uvolňuje termonukleárními reakcemi energie, se nazývá jádro Slunce. Žhavé jádro zabírá pouze miliontinu objemu celého Slunce. Je to žhavá hustá koule o teplotě kolem 15 milionu stupňů a hustotě 100x větší než hustota vody. Jádro je složeno z protonů, alfa částic a elektronů, které se pohybují a srážejí rychlostmi stovek až tisíců kilometrů za sekundu. Při velmi prudkých srážkách se protony k sobě přiblíží na vzdálenost jedna biliontina milimetru. To je jejich průměr. V takové blízkosti přitažlivá jaderná síla přemůže odpudivou elektrickou sílu protonů, přitáhne je k sobě a vytvoří z nich jádro hélia. Ze čtyr atomů vodíku vytvoří jaderná síla jeden atom hélia. Přitom jaderná síla "vyždímá" z každého atomu vodíku energii 7 MeV. Této energii se říká vazebná energie.

    SLUNECNÍ SVETLO

    Ze sluneční zářivosti dostává Země pouze půl miliardtiny. Jen nepatrný drobeček energie, kterou Slunce vysílá do okolního Vesmíru. Tento "drobeček" je 180 000 terawatt, asi 13 tisíckrát více než všechno lidstvo dohromady potřebuje. Doufejme, že sluneční záření se stane základním energetickým zdrojem lidstva.

    5 SLUNEČNÍ ENERGIE NA ZEMI

    přednáška Josipa Kleczeka: 5_slun_en_na_ze_def.pdf, 5_slunecni_energie_na_zemi.pps

    Slunce Zemi dává energii ve formě záření, především jako světlo (zhruba 4 pětiny) a jako infračervené záření (zhruba pětinu). Mohutný tok fotonů dopadá na osvětlenou polokouli Země od té doby, co Země vznikla. Dopadajícímu toku fotonů říkáme přímé sluneční záření. Je zachyceno Zemí a mění se v jiné formy energie (teplo, chemickou energii biomasy, v pohybovou energii větru a vodních toků). Těmto přeměněným formám se říká nepřímá sluneční energie.

    Teplo moře. Rozsáhlé hladiny tropických oceánů jsou přirozeným sběračem sluneční energie. Povrchové vody oceánu pohlcují sluneční záření, zahřívají se a je v nich uskladněno velké množství slunečního tepla.

    Rozdíl teplot mezi povrchovou a hlubinou vodou lze využít k pohonu motorů. Tato myšlenka Francouze J. d'Arsonvala z r. 1881 byla poprvé uskutečněna na Kubě v r. 1929.

    Kdyby Slunce přestalo svítit, na povrchu Země by zavládl hrozný mráz. Průměrná teplota by byla jen minus 265°C.


    Nerovnoměrné pohlcování slunečního záření způsobuje proudění vzduchu - vítr. V zahřátém místě vzduch stoupá nahoru a na jeho místo proudí při zemi vzduch z okolí. Větry jsou duležitou částí životního prostředí. Do měst přináší čistý vzduch místo vzduchu znečištěného dopravou a průmyslem. Na pevninu přinášejí z moře vlhkost, opylují zemědělské plodiny, na nichž závisí naše výživa. Vítr byl odpradávna také zdrojem energie.

    POHYBOVÁ ENERGIE VODY je také slunečního původu. Vlny jsou tvořeny větrem a na moři mohou být vysoké několik metrů a dlouhé desítky metrů. Vlny na otevřeném moři běží po hladině a unášejí velkou energii, kterou lze využít ve vlnové elektrárne.

    Jeden ze způsobů přeměny energie vln v elektrickou energii se nazývá "kývavé kachny". Jsou to velké plováky navlečené na hřídeli, kolem níž se kývají. Jejich kývavý pohyb pohání generátor elektřiny. Největší zatím vybudovaná vlnová elektrárna je u malého britského ostrova a má výkon 500 kW.

    Příboj je silný náraz vlny na skalnatý břeh (úskalní příboj) nebo na ploché pobřeží (pobřežní příboj).
    Stoupající a padající příboj působí jako píst. Toho se v příbojové elektrárně využívá k pohonu vzduchové turbiny. Příbojová elektrárna je na pobřeží Bengálského zálivu (u Madrásu) v Indii.

    Koloběh vody

    V koloběhu vody je mnoho energie - nejen pohybové (ve vodních tocích) ale i polohové (potenciální gravitační).

    Vodní elektrárna pod přehradou mění polohovou energii vody na elektrickou energii. Elektřina z vodní elektrárny je tedy slunečního původu, protože díky Slunci existuje koloběh vody.

    Cesta sluneční energie do organismů

    Fotosyntéza uskladňuje energii slunečního záření do vody a oxidu uhličitého v potravě je ve formě chemické (potenciální elektrické energie). Vdechováným kyslíkem se energie z potravy uvolňuje.

    6 ENERGIE V NAŠICH SLUŽBÁCH

    přednáška Josipa Kleczeka: 6_energie_v_nasich_sluzbach.pdf, 6_energie_v_nasich_sluzbach.pps