Bài báo cáo về nguồn năng lượng mặt trời

Thỉnh thoảng các đường sức từ có các cực đối nhau và triệt tiêu nhau, quá trình này giải phóng một năng lượng lớn, làm tăng tốc các hạt và tạo sóng lan truyền trong lớp khí loãng của

Bài cáo cáo Về năng lượng Mặt Trời

1 Khái niệm nguồn năng lượng mặt trời

2 Cấu tạo của mặt trời

3 Bản chất của mặt trời

Nguồn năng lượng mặt trời

Năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng quan trọng điều khiển các quá trình khí tượng học và duy trì sự sống trên Trái Đất Ngay ngoài khí quyển Trái Đất, cứ mỗi một mét vuông diện tích vuông góc với ánh nắng Mặt Trời, chúng ta thu được dòng năng lượng khoảng 1.400 joule trong một giây.

1 Khái niệm nguồn năng lượng mặt trời:

2 Cấu tạo của mặt trời

 Như vậy MT gồm lõi, vùng bức xạ, vùng đối lưu, nhật hoa, quang cầu 500km, sắc cầu 1500km, vùng chuyển tiếp 8500km và vành nhật hoa (vùng ngoài cùng trải dài tới 10 triệu km phía trên bề mặt MT- hay nhật miễn)

Nhiệt độ cực cao của vành nhật hoa

Vành nhật hoa trong kỳ nhật thực

Trong những năm 1920, sự quan sát màu

sắc của vành nhật hoa trong kỳ nhật

thực cho ta kết luận rằng khí cực kì

loãng của vành nhật hoa này cung phát

ra những vạch mới Do thiếu thông tin

mà các nhà khoa học gán cho nó là

nguyên tố coroni, nguyên tố ko có trên

Trái Đất

Vành nhật hoa trong kỳ nhật thực

 Ví dụ trong vành nhật hoa người ta nhận diện được vạch nhật hoa là của nguyên tử Fe mất 13 trong

số 26 e trong khi ở quang cầu thì nguyên tử Fe mất tối đa 1 tới 2e Sở dĩ nguyên tử bị mất nhiều e như vậy là do nhiệt độ của chúng rất cao Các nhà thiên văn sửng sốt khi phát hiện ở vài nghìn km bên dưới bề mặt MT, nhiệt độ đáng lẽ phải giảm và thấp hơn nhiệt độ quang cầu thì thực tế nó lại lớn hơn vài trăm lần Thực tế các quan sát cho thấy nhiệt độ giảm từ quang cầu là 5780K xuống nhiệt độ tối thiểu 4500K ở khoảng 500km trên quang cầu thì lại tăng rất nhanh, đạt tới 1 triệu độ ở

độ cao 1000km rồi tăng dần tới 3 triệu độ ở độ cao 10.000km, giá trị trung bình và ổn định Nhiệt

độ này làm cho phần bên ngoài nhìn thấy của MT phát ra ánh sáng cực kì giàu năng lượng dạng tia

X và cực tím

 Câu hỏi này chưa được trả lời đầy đủ và càng khó khi nó diễn ra ở phạm vi vài trăm km Một số nhà khoa học cho rằng đây là do nhiễu từ ở bề mặt MT, vì thực tế MT là 1 loại nam châm khổng

lồ có đường sức đi xuyên qua nó và ló ra gần cực Bắc Nam.Nhưng MT khác các nam châm khác

ở chỗ nó ko rắn và phải mất thời gian hơn mới quay trọn 1 vòng quanh mình nó ở các cực so với xích đạo Do chuyển động vi sai này nên các đường sức từ bên trong MT bị kéo giãn, xoắn và trộn vào nhau

Vậy tại sao nhiệt độ lại tăng khi rời xa lò lửa trung tâm?

 Các vùng tối này tối ko phải vì nó ko phát ra as mà là nó

có nhiệt độ thấp hơn các vùng khác Thỉnh thoảng các

đường sức từ có các cực đối nhau và triệt tiêu nhau, quá

trình này giải phóng một năng lượng lớn, làm tăng tốc

các hạt và tạo sóng lan truyền trong lớp khí loãng của

vành nhật hoa và làm cho nó nóng lên

Nếu một số xuất hiện ở mép đĩa MT thì sẽ tạo ra một

vòng cung lửa, gọi là tai lửa MT, làm cho vật chất bị ion

hóa được phóng từ bề mặt MT và được dẫn bởi các

đường sức từ.

(Trích: Những con đường của ánh sáng, Trịnh Xuân Thuận, tập 2)

 Năng lượng Mặt Trời cung được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí quyển Trái Đất để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng lượng có thể khai thác được Trái Đất, trong mô hình năng lượng này, gần giống bình đun nước của những động cơ nhiệt đầu tiên, chuyển hóa nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời, thành động năng của các dòng chảy của nước, hơi nước và không khí, và thay đổi tính chất hóa học và vật lý của các dòng chảy này.

 Thế năng của nước mưa có thể được dự trữ tại các đập nước và chạy máy phát điện của các công trình thủy điện Một dạng tận dụng năng lượng dòng chảy sông suối có trước khi thủy điện ra đời là cối xay nước Dòng chảy của biển cũng có thể làm chuyển động máy phát của nhà máy điện dùng dòng chảy của biển Dòng chảy của không khí, hay gió, có thể sinh ra điện khi làm quay tuốc bin gió Trước khi máy phát điện dùng

năng lượng gió ra đời, cối xay gió đã được ứng dụng để xay ngũ cốc Năng lượng gió cũng gây ra chuyển động sóng trên mặt biển Chuyển động này có thể được tận dụng trong các nhà máy điện dùng sóng biển

 Đại dương trên Trái Đất có nhiệt dung riêng lớn hơn không khí và do đó thay đổi nhiệt độ chậm hơn không khí khi hấp thụ cùng nhiệt lượng của Mặt Trời Đại dương nóng hơn không khí vào ban đêm và lạnh hơn không khí vào ban ngày Sự chênh lệch nhiệt độ này có thể được khai thác để chạy các động cơ nhiệt trong các nhà máy điện dùng nhiệt lượng của biển.

 Khi nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời làm bốc hơi nước biển, một phần năng lượng

đó đã được dự trữ trong việc tách muối ra khỏi nước mặn của biển

Nhà máy điện dùng phản ứng nước ngọt - nước mặn thu lại phần năng lượng này khi đưa nước ngọt của dòng sông trở về biển

 Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời,

cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt hạ nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này Dòng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa

 Năng lượng bức xạ điện từ của Mặt Trời tập trung tại vùng quang phổ nhìn thấy Mỗi

giây trôi qua, Mặt Trời giải phóng ra không gian xung quanh 3,827×1026 joule

3 Bản chất của năng lượng mặt trời

 Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng tái tạo quý

báu Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng

lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời Năng lượng của các photon cung có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của

tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa Mặt Trời

Giá trị của năng lượng Mặt Trời đối với con người

 Năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng trong các

liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa Một phản ứng quang hóa tự nhiên là quá trình

quang hợp Quá trình này được cho là đã từng dự trữ năng lượng Mặt Trời vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch không tái sinh mà các nền công nghiệp của thế kỷ 19 đến 21 đã và đang tận dụng Nó cung là quá trình cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sinh học tự nhiên, cho sức kéo gia súc và củi đốt, những nguồn năng lượng sinh học tái tạo truyền thống Trong tương lai, quá trình này có thể giúp tạo ra nguồn năng lượng tái tạo ở nhiên liệu sinh học, như các nhiên liệu lỏng (diesel sinh học, nhiên liệu từ dầu thực vật), khí (khí đốt sinh học) hay rắn

 Ngôi sao MT là một khối khí cầu khổng lồ có bán kính bằng 109 lần bán kính của TD, tức 696.000km, và khối lượng lớn gấp cỡ 332.000 lần TD, tức là 2000 tỷ tỷ tỷ kg (2.10^30) Bề mặt chuyển động của MT, bao quanh là lửa, được đốt nóng bởi ngọn lửa hạt nhân ở trung tâm có nhiệt độ lên tới 5780K, nhiệt độ này làm chảy tất cả các vật liệu mà chúng ta biết hiện nay Tâm của MT là một lò phản ứng hạt nhân khổng lồ phát ra một năng lượng khủng khiếp nhờ sự tổng hợp các hạt nhân hydro Áp suất của các lớp trên và các phản ứng hạt nhân làm cho lõi của nó (có bán kính 175.000km,1/4 đường kính MT) bị nóng lên đến các nhiệt độ giảm dần từ nhiệt độ 20 triệu ở tâm tới 10 triệu ở biên của nó

 Ở các bán kính lớn hơn 175.000km, ngay ki nhiệt độ giảm xuống dưới 10 triệu độ, các phản

ứng hạt nhân dừng lại vì cần phải tới nhiệt độ tối thiểu này phản ứng hạt nhân mới xảy ra Ở bên trên lõi này trải ra một vùng rộng lớn dày 325.000km gọi là "bức xạ", trong đó năng

lượng sinh ra ở tâm của MT được vận tải tới các lớp ngoài bởi các photon sinh ra ở vùng

trung tâm Nhiệt độ tại các vùng bức xạ còn đủ cao để các nguyên tử hydro va chạm liên tục

và dữ dội gảii phóng ra các photon và electron: khí bị ion hóa Photon từ các vùng trung tâm phải mở 1 con đường đi qua cánh rừng rậm rạp các proton và electron tự do Ở đó chúng va chạm vào nhau bất cứ lúc nào, và thay vì bay theo đường thẳng, chúng phải đi theo các con đường vô cùng zig-zag để ra được bên ngoài, giống như người say rượu ko sao đi thẳng được

 Do đó, thay vì mất hơn 1s (325.000/299.900) để vượt qua vùng bức xạ thì nó mất tới 170.000 năm

Ở trên vùng bức xạ, nhiệt độ tiếp tục giảm, va chạm giữa các nguyên tử hydro xảy ra thưa thớt hơn và cung ít dữ dội hơn, và các electron vẫn gắn kết với proton trong nguyên tử, nhà tù của chúng: khí chuyển

từ trạng thái ion hóa mạnh sang trạng thái trung hòa Các nguyên tử trung hòa hấp thụ photon, điều này ngăn cản năng lượng MT tán xạ ra phía ngoài thông qua bức xạ Để có thể tỏa sáng bằng hết toàn bộ ngọn lửa của mình thì Mt phải dùng cơ chế mới gọi là "đối lưu" Chúng ta đều biết khi đun nước, nước nóng nổi lên bề mặt, bị nguội rồi lại hạ xuống, tạo thành một chuyển động tròn

 Sự phát sáng ko dừng lại ở bề mặt MT, như thoạt tiên ta tưởng Ở trên quang cầu còn có 1

vùng lớn khí cực kì nóng phát ra as không nhìn thấy bằng mắt thường Vỏ bọc khí nóng mà người ta gọi là " vành nhật hoa" trải ra cho đến 10 triệu km bên trên bề mặt MT, thông

thường người ta chỉ có thể quan sát được nó khi có nhật thực

Các nguyên tử khí của MT(hay các sao) đều phát ra as có năng lượng rất xác định sinh ra các vạch trong quang phổ Có thể biết phổ 1 ngôi sao bằng cách phân tách as của nó qua 1 lăng kính Khi phân tách như vậy, thoạt đầu người ta nghĩ có thể thu được phổ liên tục, nhưng nghiên cứu kĩ hơn bằng máy quang phổ thì thu được quang phổ ko là liên tục, mà bị băm thành hàng trăm vạch thẳng đứng

 Tương tự, trong vùng đối lưu dày 200.000km, từ mép trên của vùng bức xạ cho tới bề mặt của MT

(hay quang cầu), khí nóng bay lên, do nhiệt độ của quang cầu thấp hơn vùng phía dưới cho nên sẽ lạnh

đi rồi rơi xuống tạo ra các khoang đối lưu khổng lồ có dạng vòng kín Tình hình trong vùng đối lưu khác hoàn toàn so với vùng bức xạ: năng lượng ở đây truyền tải tới bề mặt MT ko phải là as mà là chuyển động của vật chất khí Chính vì các chuyển động đối lưu này mà bề mặt liên tục thay đổi của

MT xuất hiện như một miếng vá khổng lồ khoảng 4 triệu ô khí lớn, mỗi ô có kích thước vài nghìn km,

cỡ kích thước 1 lục địa trên TD, chúng xuất hiện và biến mất theo chu kì sinh tử liên tục cỡ 10s/lần

Tính gián đoạn của as MT

 , nhà vật lý Fraunhofer người Đức (1787-1826)- người phát minh ra máy quang phổ- tính ra tới hơn 600 vạch Năm 1913 nhà vật lý Niel Bohr giải thích tính gián đoạn của as cung tương

tự gắn liền với của vật chất Thực tế, trong mô hình nguyên tử của Bohr thì các electron cung

ko thể di chuyển tự do mà theo một quỹ đạo xác định Mỗi lần 1 lectron thực hiện một cú nhảy lượng tử từ quỹ đạo xa tới quỹ đạo gần hơn thì một hạt as được phát ra

111

 Năng lượng hạt as bằng hiệu năng lượng quỹ đạo xuất phát và quy đạo đến Do đó sự phân

bố vạch phổ nguyên tử trung thành với sự sắp xếp electron trong nguyên tử, là duy nhất cho một loại nguyên tử tương ứng, như là dấu vân tay vậy Chính nhờ vạch phổ mà ta xác định

tuổi, thành phần và cấu tạo hóa học của ngôi sao Và phần lớn các vạch phổ của MT đều có

thể được gán cho các nguyên tố hóa học đã có trên Trái Đất

 Do vậy năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng không thể thiếu cho

sự sống và các quá trình biến đổi khác

vì thế chúng ta cần khai thác nguồn năng lương một cách hợp lý nhất

Thanks for your listening!