Využitie slnečnej energie a termodynamika

V tomto fascinujúcom videu z Royal Institution, ktoré sa odohráva v roku 1976, chemik Sir George Porter rozoberá svet termodynamiky a jej zásadnú úlohu pri napájani nášho života. Od jednoduchých foriem využívania slnečnej energie – ako je konzumácia potravy – až po pokročilé technológie, video nás prevedie históriou a súčasnosťou hľadania udržateľných zdrojov energie. Porter s pomocou demonštrácií vysvetľuje princípy termodynamiky, od zákona zachovania energie až po druhý zákon termodynamiky, ktorý popisuje degradáciu energie na menej využiteľné formy. Článok sa zameriava na kľúčové momenty videa a ich význam pre pochopenie moderných energetických riešení.

Kľúčové poznatky

• Historický kontext: Video zdôrazňuje, že ľudstvo využíva slnečnú energiu už od pradávna – najprv v podobe potravy, a neskôr priamo spaľovaním dreva.
• Alternatívne zdroje energie: Porter predstavuje rôzne formy obnoviteľnej energie, vrátane vetra, vody a vlniek, ktoré sú poháňané slnečnou energiou.
• Zákony termodynamiky: Dôraz je kladený na zákony zachovania energie a druhý zákon termodynamiky, ktorý vysvetľuje nevratnosť procesov a limity efektivity energetických systémov.
• Inovatívne technológie: Video predstavuje pokročilé technológie využívania slnečnej energie, ako sú solárne kolektory, Stirlingove motory a materiály s tvarovou pamäťou (nitinol).

Využitie vetra a vlniek: Moderné deriváty slnečnej energie

Video poukazuje na obnovený záujem o využívanie vetra ako zdroja energie. Predstavuje nový typ vertikálnej veterné turbíny od Dr. Musgrova, ktorá má výhodu, že nepotrebuje byť orientovaná proti vetru a má jednoduchšiu konštrukciu. Okrem toho sa video zaoberá potenciálom vlnovej energie, predstavujúc "Salter duck" (kačičku Saltera) – zariadenie navrhnuté na efektívne získavanie energie z vĺn. Princíp fungovania tohto zariadenia je založený na vysvetlení pohybu častíc vo vode pri vlnení - pohybujú sa po kružniciach, čo umožňuje prenos energie do mechanického systému.

Termodynamika: Základ energetických procesov

Porter sa venuje aj zákonom termodynamiky, ktoré sú základom všetkých energetických procesov. Zákon zachovania energie hovorí, že energia nemôže byť ani vytvorená, ani zničená, iba premenená z jednej formy na inú. Druhý zákon termodynamiky však uvádza, že pri každej premene dochádza k strate energie vo forme tepla, čo vedie k degradácii energie a obmedzuje efektivitu všetkých motorov – od parných strojov po autá a prúdové lietadlá. Efektivita motora je určená rozdielom teplôt medzi horúcou a studenou nádržou (T2 - T1)/T2.

Solárna energia v praxi: Od jednoduchých kolektorov po solárne pece

Video predstavuje rôzne praktické aplikácie slnečnej energie. Jednoduché solárne ohrievače vody využívajú čierne kovové dosky na absorbovanie slnečného žiarenia a ohrievanie pretekajúcej vody. Kommerčné systémy používajú polypropylénové panely s kanálmi pre efektívne ohrievanie bazénov, ktoré dokážu dosiahnuť teploty až 70°C. Použitie selektívnych absorbérov maximalizuje absorpciu slnečného žiarenia a minimalizuje straty tepla infračerveným žiarením. Kombinácia selektívnych absorbérov so sklom vytvára efekt skleníka, ktorý zvyšuje teplotu až na 180°C. Malé solárne destilátory dokážu poskytnúť pitnú vodu z mora pomocou odparovania slnečnou energiou a následnej kondenzácie pary.

Inovácie: Stirlingove motory a materiály s tvarovou pamäťou

Video predstavuje fascinujúce inovácie v oblasti využívania tepla na pohon mechanických zariadení. Stirlingov motor, ktorý nemá žiadne pohyblivé časti okrem piestu, využíva osciláciu plynu medzi horúcou a studenou nádržou na čerpanie vody. Materiály s tvarovou pamäťou (nitinol) "si pamätajú" svoj pôvodný tvar a vracajú sa k nemu po zahriatí, čo umožňuje vytvárať nové typy pohonných systémov. Demonštrácie ukazujú, ako sa nitinolové pletence rovnú pri zahriatí horúcou vodou, čím vytvárajú napätie a ťah.

Solárne pece: Extrémne teploty a historický kontext

Video predstavuje najväčšiu solárnu pec vo Francúzsku, ktorá využíva pole plochých zrkadiel na koncentrovanie slnečného žiarenia do parabolického zrkadla. Týmto spôsobom sa dosahujú teploty až 3000°C (blížiac sa k 5000°C), čo umožňuje roztavovať aj veľmi odolné materiály. Video tiež spomína legendu o Archimédovi, ktorý údajne použil koncentrované slnečné žiarenie na zničenie rímskej flotily, čím naznačuje skorý záujem ľudstva o využitie slnečnej energie ako zbrane.

Zámyslenie a odporúčania

Video od Sir Georgea Portera je nielen poučné, ale aj inšpiratívne. Ukazuje, že hľadanie udržateľných zdrojov energie je dlhodobý proces, ktorý si vyžaduje kombináciu vedeckého výskumu, technologických inovácií a kreativity. Základy termodynamiky sú kľúčové pre pochopenie limitov energetických systémov a pre navrhovanie efektívnych riešení. Vzhľadom na súčasné klimatické zmeny je využitie obnoviteľných zdrojov energie, ako je slnečná energia, viac než len technologická výzva – je to nevyhnutnosť pre budúcnosť našej planéty.

Referencie a odkazy

• The Royal Institution: https://www.rigb.org/
• Christmas Lectures: https://www.rigb.org/christmas-lectures

Približne 99 gCO₂ bolo uvoľnených do atmosféry a na chladenie sa spotrebovalo 0.50 l vody za účelom vygenerovania tohoto článku.