يتم تخزين الطاقة. تزويد الخلايا بالطاقة. مصادر الطاقة. التخزين الميكانيكي الربيعي

تبادل الطاقة- هذا هو التحلل التدريجي للمركبات العضوية المعقدة ، مع استمرار إطلاق الطاقة ، والتي يتم تخزينها في روابط عالية الطاقة لجزيئات ATP ثم يتم استخدامها في عملية حياة الخلية ، بما في ذلك التخليق الحيوي ، أي تبادل البلاستيك.

في الكائنات الهوائية ، هناك:

1. تحضيري- انقسام البوليمرات الحيوية إلى مونومرات.
2. خالي من الأكسجين- تحلل الجلوكوز - تحلل الجلوكوز إلى حمض البيروفيك.
3. الأكسجين- انقسام حمض البيروفيك إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.

المرحلة التحضيرية

في المرحلة التحضيرية لعملية التمثيل الغذائي للطاقة ، يتم تقسيم المركبات العضوية المتلقاة مع الطعام إلى مركبات أبسط ، عادة ما تكون مونومرات. لذلك يتم تقسيم الكربوهيدرات إلى سكريات ، بما في ذلك الجلوكوز. البروتينات - إلى الأحماض الأمينية. الدهون - الجلسرين والأحماض الدهنية.

على الرغم من إطلاق الطاقة ، لا يتم تخزينها في ATP وبالتالي لا يمكن استخدامها لاحقًا. يتم تبديد الطاقة على شكل حرارة.

يحدث انهيار البوليمرات في الحيوانات المعقدة متعددة الخلايا في الجهاز الهضمي تحت تأثير الإنزيمات التي تفرزها الغدد هنا. ثم يتم امتصاص المونومرات المتكونة في الدم بشكل رئيسي من خلال الأمعاء. بالفعل في الدم العناصر الغذائيةمحمولة على الخلايا.

علاوة على ذلك ، لا تتحلل كل المواد إلى مونومرات فيها الجهاز الهضمي... يحدث انقسام العديد مباشرة في الخلايا ، في الجسيمات الحالة. في الكائنات أحادية الخلية ، تدخل المواد الممتصة إلى فجوات الجهاز الهضمي ، حيث يتم هضمها.

يمكن استخدام المونومرات الناتجة في تبادل الطاقة والبلاستيك. في الحالة الأولى ، يتم تقسيمهم ، في الحالة الثانية ، يتم تصنيع مكونات الخلايا نفسها منها.

مرحلة التمثيل الغذائي للطاقة الخالية من الأكسجين

تحدث المرحلة الخالية من الأكسجين في سيتوبلازم الخلايا ، وفي حالة الكائنات الهوائية ، تشمل فقط تحلل السكر - أكسدة إنزيمية متعددة المراحل للجلوكوز وتحللها إلى حمض البيروفيكوتسمى أيضًا البيروفات.

يحتوي جزيء الجلوكوز على ست ذرات كربون. أثناء تحلل السكر ، ينقسم إلى جزئين من البيروفات ، والتي تحتوي على ثلاث ذرات كربون. في هذه الحالة ، يتم تقسيم بعض ذرات الهيدروجين ، والتي يتم نقلها إلى الإنزيم المساعد NAD ، والتي بدورها ستشارك في مرحلة الأكسجين.

يتم تخزين جزء من الطاقة المنبعثة أثناء تحلل السكر في جزيئات ATP. يتم تصنيع اثنين فقط من جزيئات ATP لكل جزيء جلوكوز.

الطاقة المتبقية في البيروفات ، المخزنة في NAD ، سيتم استخلاصها بشكل أكبر من الأيروب في المرحلة التالية من استقلاب الطاقة.

في ظل الظروف اللاهوائية ، عندما تكون مرحلة الأكسجين في التنفس الخلوي غائبة ، يصبح البيروفات "غير ضار" بحمض اللاكتيك أو يخضع للتخمير. في هذه الحالة ، لا يتم تخزين الطاقة. وبالتالي ، يتم هنا توفير ناتج طاقة مفيد فقط من خلال تحلل السكر منخفض التأثير.

مرحلة الأكسجين

تحدث مرحلة الأكسجين في الميتوكوندريا. تتميز فيه محطتان فرعيتان: دورة كريبس والفسفرة المؤكسدة. يستخدم الأكسجين الذي يدخل الخلايا في الثانية فقط. في دورة كريبس ، يتكون ثاني أكسيد الكربون وإطلاقه.

دورة كريبسالعائدات في مصفوفة الميتوكوندريا ، يتم إجراؤها بواسطة مجموعة متنوعة من الإنزيمات. لا يتلقى جزيء حمض البيروفيك (أو الأحماض الدهنية ، الأحماض الأمينية) نفسه ، لكن مجموعة الأسيتيل تنفصل عنه بمساعدة الإنزيم المساعد A ، والذي يتضمن ذرتين من الكربون من البيروفات السابق. خلال دورة كريبس متعددة المراحل ، تنقسم مجموعة الأسيتيل إلى جزيئين من ثاني أكسيد الكربون وذرات هيدروجين. يتحد الهيدروجين مع NAD و FAD. أيضا ، يحدث تخليق جزيء الناتج المحلي الإجمالي ، مما يؤدي إلى تخليق ثم ATP.

بالنسبة لجزيء جلوكوز واحد ، يتكون منه اثنان من البيروفات ، توجد دورتان من كريبس. وهكذا ، يتم تكوين جزيئين من ATP. إذا انتهى استقلاب الطاقة هنا ، فإن الانقسام الكلي لجزيء الجلوكوز سيعطي 4 جزيئات ATP (اثنان من تحلل السكر).

الفسفرة التأكسديةتستمر في cristae - نواتج الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. يتم توفيره بواسطة ناقل للإنزيمات والإنزيمات المساعدة ، والذي يشكل ما يسمى بالسلسلة التنفسية ، وينتهي بإنزيم ATP synthetase.

من خلال سلسلة الجهاز التنفسي ، يتم نقل الهيدروجين والإلكترونات من الإنزيمات المساعدة NAD و FAD. يتم إجراء النقل بطريقة تتراكم فيها بروتونات الهيدروجين على السطح الخارجي للغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، وتنقل الإنزيمات الأخيرة في السلسلة الإلكترونات فقط.

في النهاية ، يتم نقل الإلكترونات إلى جزيئات الأكسجين الموجودة بها في داخلالأغشية ، ونتيجة لذلك يتم شحنها سلبًا. ينشأ مستوى حرج من تدرج الجهد الكهربائي ، مما يؤدي إلى حركة البروتونات عبر قنوات مركب ATP. تُستخدم طاقة حركة بروتونات الهيدروجين لتكوين جزيئات ATP ، وتتحد البروتونات نفسها مع الأنيونات الأكسجين لتشكيل جزيئات الماء.

عائد الطاقة لعمل السلسلة التنفسية ، معبرًا عنه في جزيئات ATP ، كبير ويبلغ إجماليه 32 إلى 34 جزيء ATP لكل جزيء جلوكوز أولي واحد.

نمو وفير للأشجار الدهنية ،
أي جذر على الرمال القاحلة
المعتمدة ، تنص بوضوح على ذلك
الدهن يترك الدهون الدهنية من الهواء
تمتص ...
إم في لومونوسوف

كيف يتم تخزين الطاقة في الخلية؟ ما هو التمثيل الغذائي؟ ما هو جوهر عمليات تحلل السكر والتخمير والتنفس الخلوي؟ ما هي العمليات التي تحدث خلال مراحل الضوء والظلام لعملية التمثيل الضوئي؟ كيف ترتبط عمليات التمثيل الغذائي للطاقة والبلاستيك؟ ما هو التخليق الكيميائي؟

محاضرة الدرس

القدرة على تحويل بعض أنواع الطاقة إلى أخرى (طاقة الإشعاع إلى طاقة روابط كيميائية ، طاقة كيميائية إلى طاقة ميكانيكية ، إلخ) هي إحدى الخصائص الأساسية للكائنات الحية. هنا سننظر بالتفصيل في كيفية تحقيق هذه العمليات في الكائنات الحية.

ATF - الناقل الرئيسي للطاقة في الخلية... من أجل تنفيذ أي مظاهر للنشاط الحيوي للخلايا ، هناك حاجة إلى الطاقة. تستقبل الكائنات ذاتية التغذية الطاقة الأولية من الشمس في سياق تفاعلات التمثيل الضوئي ، بينما تستخدم الكائنات غيرية التغذية المركبات العضوية من الطعام كمصدر للطاقة. يتم تخزين الطاقة بواسطة الخلايا في روابط كيميائيةالجزيئات ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوزين)، وهي عبارة عن نيوكليوتيدات تتكون من ثلاث مجموعات فوسفاتية ، وبقايا سكر (ريبوز) وبقايا قاعدة نيتروجينية (أدينين) (الشكل 52).

أرز. 52. جزيء ATP

تسمى الرابطة بين بقايا الفوسفات عالية الطاقة ، لأنه عندما تنكسر ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة. عادة ، تستخلص الخلية الطاقة من ATP عن طريق شق مجموعة الفوسفات الطرفية فقط. في هذه الحالة ، يتم تكوين ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) وحمض الفوسفوريك ويتم تحرير 40 كيلو جول / مول:

تلعب جزيئات ATP دور رقاقة مساومة الطاقة العالمية للخلية. يتم تسليمها إلى المكان الذي تحدث فيه العملية كثيفة الطاقة ، سواء كانت تخليقًا إنزيميًا للمركبات العضوية ، أو عمل البروتينات - المحركات الجزيئية أو بروتينات النقل الغشائي ، إلخ. مجموعة الفوسفات إلى ADP مع امتصاص الطاقة. يتم تخزين الطاقة بواسطة الخلية في شكل ATP في سياق التفاعلات تبادل الطاقة... يرتبط ارتباطًا وثيقًا بـ تبادل البلاستيك، حيث تنتج الخلية المركبات العضوية اللازمة لعملها.

تبادل المواد والطاقة في الخلية (الأيض)... التمثيل الغذائي هو مجموعة من جميع تفاعلات التمثيل الغذائي للبلاستيك والطاقة ، مترابطة. في الخلايا ، يتم تصنيع الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية باستمرار. يتم تصنيع المركبات دائمًا من خلال إنفاق الطاقة ، أي بمشاركة لا غنى عنها من ATP. مصادر الطاقة لتشكيل ATP هي التفاعلات الأنزيمية لأكسدة البروتينات والدهون والكربوهيدرات التي تدخل الخلية. خلال هذه العملية ، يتم إطلاق الطاقة وتخزينها في ATP. تلعب أكسدة الجلوكوز دورًا خاصًا في استقلاب الطاقة في الخلية. في هذه الحالة ، تخضع جزيئات الجلوكوز لسلسلة من التحولات المتتالية.

المرحلة الأولى تسمى تحلل السكر، يمر في سيتوبلازم الخلايا ولا يحتاج إلى أكسجين. نتيجة للتفاعلات المتتالية التي تنطوي على الإنزيمات ، ينقسم الجلوكوز إلى جزيئين من حمض البيروفيك. في هذه الحالة ، يتم استهلاك جزيئين من ATP ، والطاقة المنبعثة أثناء الأكسدة كافية لتكوين أربعة جزيئات ATP. نتيجة لذلك ، يكون إنتاج الطاقة من تحلل السكر صغيرًا ويصل إلى جزيئين من ATP:

ج 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + 2ATP

في ظل الظروف اللاهوائية (في غياب الأكسجين) ، يمكن أن ترتبط التحولات الأخرى بأنواع مختلفة من التخمير.

الجميع يعرف تخمير حمض اللاكتيك(اللبن الرائب) والذي يحدث بسبب نشاط فطريات حمض اللاكتيك والبكتيريا. الآلية مشابهة لتحلل السكر ، المنتج النهائي فقط هو حمض اللاكتيك. يحدث هذا النوع من أكسدة الجلوكوز في الخلايا عند نقص الأكسجين ، على سبيل المثال في العضلات التي تعمل بكثافة. قريب في الكيمياء من حمض اللاكتيك والتخمير الكحولي. يكمن الاختلاف في حقيقة أن منتجات التخمير الكحولي هي كحول الإيثيل وثاني أكسيد الكربون.

المرحلة التالية ، التي يتأكسد فيها حمض البيروفيك إلى ثاني أكسيد الكربون والماء ، تسمى التنفس الخلوي... تحدث تفاعلات الجهاز التنفسي في الميتوكوندريا في الخلايا النباتية والحيوانية ، وفقط في وجود الأكسجين. هذه سلسلة من التحولات الكيميائية لتكوين المنتج النهائي - ثاني أكسيد الكربون. في مراحل مختلفة من هذه العملية ، تتشكل المنتجات الوسيطة لأكسدة مادة البداية مع إزالة ذرات الهيدروجين. في نفس الوقت ، يتم إطلاق الطاقة ، والتي يتم "حفظها" في الروابط الكيميائية لـ ATP ، وتتشكل جزيئات الماء. يصبح من الواضح أنه من أجل ربط ذرات الهيدروجين المنقسمة بالتحديد ، فإن الأكسجين مطلوب. هذه السلسلة من التحولات الكيميائية معقدة للغاية وتحدث بمشاركة الأغشية الداخلية للميتوكوندريا والإنزيمات والبروتينات الحاملة.

التنفس الخلوي له جدا كفاءة عالية... هناك تخليق من 30 جزيء ATP ، ويتم تكوين جزيئين آخرين أثناء تحلل السكر ، وستة جزيئات ATP - نتيجة لتحولات منتجات تحلل السكر على أغشية الميتوكوندريا. في المجموع ، نتيجة لأكسدة جزيء جلوكوز واحد ، يتم تكوين 38 جزيء ATP:

ج 6 H 12 O 6 + 6 H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP

في الميتوكوندريا ، لا تحدث المراحل النهائية من أكسدة السكريات فحسب ، بل تحدث أيضًا البروتينات والدهون. تستخدم الخلايا هذه المواد بشكل أساسي عندما ينفد إمداد الكربوهيدرات. أولاً ، يتم استهلاك الدهون ، حيث يتم خلال عملية الأكسدة إطلاق قدر أكبر من الطاقة بشكل ملحوظ مقارنة بحجم متساوٍ من الكربوهيدرات والبروتينات. لذلك ، فإن الدهون الحيوانية هي "الاحتياطي الاستراتيجي" الرئيسي لموارد الطاقة. في النباتات ، يلعب النشا دور احتياطي الطاقة. أثناء التخزين ، تأخذ مساحة أكبر بكثير من كمية الدهون المكافئة لها. بالنسبة للنباتات ، هذا لا يشكل عائقا ، لأنها غير متحركة ولا تحمل الإمدادات على نفسها ، مثل الحيوانات. يمكنك استخلاص الطاقة من الكربوهيدرات أسرع بكثير من الدهون. تؤدي البروتينات العديد من الوظائف الهامة في الجسم ، لذلك فهي تشارك في استقلاب الطاقة فقط عندما تنضب موارد السكريات والدهون ، على سبيل المثال ، أثناء الجوع لفترات طويلة.

البناء الضوئي. البناء الضوئيهي عملية يتم خلالها تحويل طاقة أشعة الشمس إلى طاقة الروابط الكيميائية للمركبات العضوية. في الخلايا النباتية ، تحدث العمليات المرتبطة بالتمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء. يوجد داخل هذه العضية أنظمة غشائية يتم فيها دمج أصباغ تلتقط الطاقة المشعة للشمس. الصباغ الرئيسي لعملية التمثيل الضوئي هو الكلوروفيل ، والذي يمتص بشكل أساسي الأشعة الزرقاء والبنفسجية ، وكذلك الأشعة الحمراء من الطيف. ينعكس الضوء الأخضر فيظهر الكلوروفيل نفسه وأجزاء النبات التي تحتوي عليه باللون الأخضر.

هناك مرحلتان في عملية التمثيل الضوئي - خفيفةو داكن(الشكل 53). يحدث الالتقاط والتحويل الفعلي للطاقة المشعة أثناء مرحلة الضوء. عند امتصاص الكميات الخفيفة ، يمر الكلوروفيل في حالة مثارة ويصبح متبرعًا بالإلكترون. يتم نقل إلكتروناتها من مركب بروتيني إلى آخر على طول سلسلة نقل الإلكترون. تتركز بروتينات هذه السلسلة ، مثل الأصباغ ، في الغشاء الداخلي للبلاستيدات الخضراء. عندما يمر الإلكترون على طول السلسلة الحاملة ، فإنه يفقد الطاقة ، والتي تستخدم لتخليق ATP. تُستخدم بعض الإلكترونات التي يثيرها الضوء لتقليل NDP (نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيفوسفات) أو NADPH.

أرز. 53. نواتج تفاعلات أطوار الضوء والظلام من عملية التمثيل الضوئي

تحت تأثير أشعة الشمس ، تعمل البلاستيدات الخضراء أيضًا على تكسير جزيئات الماء - التحلل الضوئي؛ في هذه الحالة ، تظهر الإلكترونات ، والتي تعوض عن خسائرها بالكلوروفيل ؛ يتكون الأكسجين كمنتج ثانوي:

وبالتالي ، فإن المعنى الوظيفي لمرحلة الضوء هو تخليق ATP و NADPH عن طريق تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية.

الضوء ليس ضروريًا للمرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي. جوهر العمليات التي تحدث هنا هو أن جزيئات ATP و NADP · H التي تم الحصول عليها في طور الضوء تستخدم في سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي "تثبت" ثاني أكسيد الكربون في شكل كربوهيدرات. يتم إجراء جميع تفاعلات المرحلة المظلمة داخل البلاستيدات الخضراء ، ويتم استخدام ثاني أكسيد الكربون ADP و NADP المنطلق أثناء "التثبيت" مرة أخرى في تفاعلات المرحلة الضوئية لتخليق ATP و NADP · H.

المعادلة الشاملة لعملية التمثيل الضوئي هي كما يلي:

العلاقة ووحدة عمليات تبادل البلاستيك والطاقة... تحدث عمليات تخليق ATP في السيتوبلازم (تحلل السكر) وفي الميتوكوندريا (التنفس الخلوي) وفي البلاستيدات الخضراء (التمثيل الضوئي). جميع التفاعلات التي تحدث في سياق هذه العمليات هي تفاعلات التمثيل الغذائي للطاقة. يتم استهلاك الطاقة المخزنة في شكل ATP في تفاعلات التمثيل الغذائي للبلاستيك لإنتاج البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية اللازمة للنشاط الحيوي للخلية. لاحظ أن المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي عبارة عن سلسلة من التفاعلات ، وتبادل البلاستيك ، ومرحلة الضوء نشطة.

تتضح العلاقة والوحدة بين عمليات تبادل الطاقة والبلاستيك بشكل جيد من خلال المعادلة التالية:

تؤدي قراءة هذه المعادلة من اليسار إلى اليمين إلى أكسدة الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء أثناء تحلل السكر والتنفس الخلوي ، المرتبط بتخليق ATP (استقلاب الطاقة). إذا قرأته من اليمين إلى اليسار ، تحصل على وصف لتفاعلات المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي ، عندما يتم تصنيع الجلوكوز من الماء وثاني أكسيد الكربون بمشاركة ATP (التمثيل الغذائي للبلاستيك).

الكيميائيات... بالإضافة إلى التغذية الضوئية ، فإن بعض البكتيريا (الهيدروجين ، الآزوت ، بكتيريا الكبريت ، إلخ) قادرة أيضًا على تصنيع المواد العضوية من المواد غير العضوية. يقومون بإجراء هذا التوليف بسبب الطاقة المنبعثة أثناء أكسدة المواد غير العضوية. يطلق عليهم chemoautotrophs. تلعب هذه البكتيريا المُصنّعة كيميائيًا دورًا مهمًا في المحيط الحيوي. على سبيل المثال ، تقوم بكتيريا الآزوت بتحويل أملاح الأمونيوم التي يتعذر الوصول إليها لتمثيلها بواسطة النباتات إلى أملاح حمض النيتريك ، والتي تمتصها جيدًا.

يتكون التمثيل الغذائي للخلية من تفاعلات استقلاب الطاقة والبلاستيك. في سياق استقلاب الطاقة ، تتكون المركبات العضوية من روابط كيميائية عالية الطاقة - ATP. تأتي الطاقة اللازمة لذلك من أكسدة المركبات العضوية أثناء التفاعلات اللاهوائية (تحلل السكر ، والتخمير) والهوائية (التنفس الخلوي) ؛ من أشعة الشمس ، التي تُمتص طاقتها في طور الضوء (التمثيل الضوئي) ؛ من أكسدة المركبات غير العضوية (التخليق الكيميائي). يتم إنفاق طاقة ATP على تخليق المركبات العضوية اللازمة للخلية في سياق تفاعلات التمثيل الغذائي للبلاستيك ، والتي تشمل تفاعلات المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي.

• ما هي الاختلافات بين استقلاب البلاستيك والطاقة؟
• كيف يتم تحويل طاقة أشعة الشمس إلى المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي؟ ما هي العمليات التي تحدث خلال المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي؟
• لماذا يسمى التمثيل الضوئي عملية انعكاس التفاعل الكوكبي الكوني؟

يرتبط الجسم باستمرار بتبادل الطاقة. تحدث تفاعلات استقلاب الطاقة باستمرار ، حتى أثناء النوم. بعد التغييرات الكيميائية المعقدة ، يتم تحويل المواد الغذائية من الوزن الجزيئي العالي إلى المواد البسيطة ، والتي تكون مصحوبة بإطلاق الطاقة. هذا هو كل تبادل للطاقة.

متطلبات الجسم للطاقة أثناء الجري عالية جدًا. على سبيل المثال ، يستهلك الجري من 2.5 إلى 3 ساعات حوالي 2600 سعرة حرارية (هذه مسافة ماراثون) ، وهو ما يتجاوز بشكل كبير استهلاك الطاقة لشخص يعيش أسلوب حياة خامل يوميًا. خلال السباق ، يستمد الجسم الطاقة من احتياطيات الجليكوجين العضلي والدهون.

يتراكم الجليكوجين العضلي ، وهو سلسلة معقدة من جزيئات الجلوكوز ، في مجموعات العضلات النشطة. تحلل السكر الهوائي وعمليتين كيميائيتين أخريين يحولان الجليكوجين إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP).

جزيء ATP هو المصدر الرئيسي للطاقة في أجسامنا. يحدث الحفاظ على توازن الطاقة واستقلاب الطاقة على مستوى الخلية. تعتمد سرعة وتحمل العداء على تنفس القفص. لذلك ، من أجل تحقيق أعلى النتائج ، من الضروري تزويد الخلية بالأكسجين طوال المسافة. هذا هو ما هو التدريب.

الطاقة في جسم الإنسان. مراحل استقلاب الطاقة.

نحن دائما نتلقى وننفق الطاقة. في شكل طعام ، نحصل على العناصر الغذائية الرئيسية ، أو المواد العضوية الجاهزة ، وهذا البروتينات والدهون والكربوهيدرات.المرحلة الأولى هي الهضم ، فلا يوجد إطلاق للطاقة يمكن لأجسامنا تخزينها.

لا تهدف عملية الهضم إلى الحصول على الطاقة ، ولكن تهدف إلى تكسير الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات صغيرة. من الناحية المثالية ، يجب تقسيم كل شيء إلى مونومرات. يتم تقسيم الكربوهيدرات إلى الجلوكوز والفركتوز والجالاكتوز. الدهون - الجلسرين والأحماض الدهنية والبروتينات والأحماض الأمينية.

خلايا التنفس

إلى جانب الهضم ، هناك جزء أو مرحلة ثانية. هذا هو التنفس. نتنفس ونضخ الهواء إلى الرئتين ، لكن هذا ليس الجزء الرئيسي من التنفس. التنفس هو عندما تستخدم خلايانا الأكسجين لحرق العناصر الغذائية إلى الماء وثاني أكسيد الكربون للحصول على الطاقة. هذه هي المرحلة الأخيرة للحصول على الطاقة التي تحدث في كل خلية من خلايانا.

المصدر الرئيسي لتغذية الإنسان هو الكربوهيدرات المتراكمة في العضلات على شكل جليكوجين ؛ الجليكوجين عادة ما يكفي لمدة 40-45 دقيقة من الجري. بعد هذا الوقت ، يجب أن يتحول الجسم إلى مصدر آخر للطاقة. هذه دهون. الدهون هي طاقة بديلة للجليكوجين.

طاقة بديلة- وهذا يعني ضرورة اختيار أحد مصدرين للطاقة أو الدهون أو الجليكوجين. يمكن لجسمنا الحصول على الطاقة من مصدر واحد فقط.

يختلف الجري لمسافات طويلة عن الجري لمسافات قصيرة حيث يتحول جسم الشخص المقيم حتمًا إلى استخدام دهون العضلات كمصدر إضافي للطاقة.

الأحماض الدهنية ليست أفضل بديل للكربوهيدرات ، حيث إن إطلاقها واستخدامها يتطلب الكثير من الطاقة والوقت. ولكن إذا انتهى الجليكوجين ، فلن يكون أمام الجسم خيار سوى استخدام الدهون ، وبالتالي الحصول على الطاقة اللازمة. اتضح أن الدهون هي دائمًا خيار احتياطي للجسم.

لاحظ أن الدهون المستخدمة أثناء الجري هي دهون موجودة في ألياف العضلات وليست في طبقات دهنية تغطي الجسم.

عند حرق أو تقسيم أي مادة عضوية ، يتم الحصول على نفايات الإنتاج ، وهي ثاني أكسيد الكربون والماء. المواد العضوية لدينا هي البروتينات والدهون والكربوهيدرات. يُخرج غاز ثاني أكسيد الكربون مع الهواء ، ويستخدم الجسم الماء أو يُفرز في العرق أو البول.

عن طريق هضم العناصر الغذائية ، يفقد الجسم بعض طاقته على شكل حرارة. لذا فإن المحرك في السيارة يسخن ويفقد الطاقة في الفراغ ، وتنفق عضلات العداء قدرًا هائلاً من الطاقة. تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية. علاوة على ذلك ، تبلغ الكفاءة حوالي 50٪ ، أي أن نصف الطاقة تذهب إلى الهواء على شكل حرارة.

يمكن تمييز المراحل الرئيسية لاستقلاب الطاقة:

نحن نأكل من أجل الحصول على العناصر الغذائية ، وتفكيكها ، ثم بمساعدة الأكسجين ، تتم عملية الأكسدة ، ونتيجة لذلك نحصل على الطاقة. يترك جزء من الطاقة دائمًا على شكل حرارة ، ونخزن جزءًا منه. يتم تخزين الطاقة في شكل مركب كيميائي يسمى ATP.

ما هو الـ ATP؟

ATP - ثلاثي فوسفات الأدينوزين ، الذي يحتوي على أهمية عظيمةفي تبادل الطاقة والمواد في الكائنات الحية. ATP هو مصدر عالمي للطاقة لجميع العمليات البيوكيميائية في النظم الحية.

في الجسم ، تعد ATP واحدة من أكثر المواد التي يتم تجديدها بشكل متكرر ، لذلك في البشر ، يكون عمر جزيء ATP أقل من دقيقة. خلال النهار ، يمر جزيء ATP بمتوسط ​​2000-3000 دورة إعادة تركيب. يصنع جسم الإنسان حوالي 40 كجم من ATP يوميًا ، ولكنه يحتوي على حوالي 250 جرامًا في أي لحظة ، أي أنه لا يوجد عمليا أي إمداد من ATP في الجسم ، وللحياة الطبيعية من الضروري تصنيع جزيئات ATP الجديدة باستمرار .

الخلاصة: يمكن لجسمنا تخزين الطاقة لنفسه على شكل مركب كيميائي. هذا هو ATP.

يتكون ATP من قاعدة نيتروجينية الأدينين والريبوز وثلاثي الفوسفات - بقايا حمض الفوسفوريك.

يتطلب تكوين ATP قدرًا كبيرًا من الطاقة ، ولكن عندما يتم تدميره ، يمكن إرجاع هذه الطاقة. يقوم جسمنا ، بتفكيك العناصر الغذائية ، وتكوين جزيء ATP ، وبعد ذلك ، عندما يحتاج إلى طاقة ، يقوم بتكسير جزيء ATP أو يشق روابط الجزيء. عن طريق شق إحدى بقايا حمض الفوسفوريك ، يمكنك الحصول على حوالي -40 كيلو جول. ⁄ مول.

يحدث هذا دائمًا لأننا نحتاج دائمًا إلى الطاقة ، خاصة أثناء الجري. يمكن أن تكون مصادر الطاقة المدخلة في الجسم مختلفة (اللحوم ، الفواكه ، الخضار ، إلخ). . المصدر الداخلي للطاقة هو نفسه - إنه ATP. عمر الجزيء أقل من دقيقة. لذلك ، يتحلل الجسم باستمرار وينتج ATP.

تقسيم الطاقة. طاقة الخلية

التشتت

نحصل على الطاقة الرئيسية من الجلوكوز في شكل جزيء ATP. نظرًا لأننا نحتاج إلى الطاقة طوال الوقت ، فإن هذه الجزيئات ستدخل الجسم حيث يكون من الضروري توفير الطاقة.

يتخلى ATP عن الطاقة ، وفي نفس الوقت ينقسم إلى ADP - ثنائي فوسفات الأدينوزين. ADP هو نفس جزيء ATP ، فقط بدون بقايا حمض الفوسفوريك. دي يعني اثنين. الجلوكوز ، الانقسام ، يفقد الطاقة ، التي يأخذها ADP ويعيد توازن الفوسفور ، ويتحول إلى ATP ، وهو جاهز مرة أخرى لإنفاق الطاقة ، وهذا يحدث طوال الوقت.

هذه العملية تسمى - تبديد(التدمير) في هذه الحالة ، من أجل الحصول على الطاقة ، من الضروري تدمير جزيء ATP.

الاستيعاب

ولكن هناك أيضًا عملية أخرى. يمكنك بناء المواد الخاصة بك من خلال إنفاق الطاقة. هذه العملية تسمى - الاستيعاب... اصنع مواد أكبر من أصغر. إنتاج البروتينات والأحماض النووية والدهون والكربوهيدرات الخاصة بنا.

على سبيل المثال _ لقد أكلت قطعة من اللحم ، اللحوم عبارة عن بروتين يجب تقسيمه إلى أحماض أمينية ، من هذه الأحماض الأمينية سيتم جمع البروتينات الخاصة بها أو تصنيعها ، والتي ستصبح عضلاتك. سيستغرق هذا بعضًا من الطاقة.

الحصول على الطاقة. ما هو تحلل الجلوكوز؟

إحدى عمليات الحصول على الطاقة لجميع الكائنات الحية هي تحلل السكر. يمكن العثور على تحلل السكر في السيتوبلازم في أي من خلايانا. يأتي اسم "تحلل السكر" من اليونانية. - حلو ويوناني. - تحلل.

تحلل السكر هو عملية إنزيمية للتحلل المتسلسل للجلوكوز في الخلايا ، مصحوبًا بتخليق ATP. هذه 13 تفاعلات إنزيمية. تحلل في الهوائيةتؤدي الظروف إلى تكوين حمض البيروفيك (البيروفات).

تحلل السكر في اللاهوائيةتؤدي الظروف إلى تكوين حمض اللاكتيك (اللاكتات). تحلل السكر هو المسار الرئيسي لتقويض الجلوكوز في الحيوانات.

يعتبر تحلل السكر من أقدم عمليات التمثيل الغذائي المعروفة في جميع الكائنات الحية تقريبًا. من المفترض أن التحلل السكري ظهر منذ أكثر من 3.5 مليار سنة في المرحلة الابتدائية بدائيات النوى... (بدائيات النوى هي كائنات حية لا توجد في خلاياها نواة رسمية. تؤدي وظائفها نيوكليوتيد (أي "مثل النواة") ؛ على عكس النواة ، ليس للنيوكليوتيد غلاف خاص به).

التحلل اللاهوائي

التحلل اللاهوائي هو وسيلة للحصول على الطاقة من جزيء الجلوكوز دون استخدام الأكسجين. عملية تحلل الجلوكوز (الانهيار) هي عملية أكسدة الجلوكوز ، حيث يتكون جزيئين من جزيء جلوكوز واحد حمض البيروفيك.

ينقسم جزيء الجلوكوز إلى نصفين يمكن تسميتهما- بيروفات، هذا هو نفس حمض البيروفيك. يمكن لكل نصف من البيروفات استعادة جزيء ATP. اتضح أن جزيء جلوكوز واحد ، عند تكسيره ، يمكنه استعادة جزيئين من ATP.

مع الجري الطويل أو عند الجري في الوضع اللاهوائي ، بعد فترة من الوقت يصعب التنفس ، تتعب عضلات الساقين ، وتصبح الأرجل ثقيلة ، فهي ، مثلك ، تتوقف عن تلقي ما يكفي من الأكسجين.

لأن عملية الحصول على الطاقة في العضلات تنتهي بتحلل السكر. لذلك تبدأ العضلات بالألم ورفض العمل بسبب نقص الطاقة. تشكلت حمض اللاكتيكأو اللاكتات.اتضح أنه كلما أسرع الرياضي في الجري ، زادت سرعة إنتاج اللاكتات. ترتبط مستويات اللاكتات في الدم ارتباطًا وثيقًا بكثافة التمرين.

التحلل الهوائي

يعتبر تحلل السكر في حد ذاته عملية لاهوائية تمامًا ، أي أنه لا يتطلب وجود الأكسجين حتى تستمر التفاعلات. لكن يجب أن تعترف بأن الحصول على جزيئين ATP أثناء تحلل السكر أمر صغير جدًا.

لذلك ، لدى الجسم خيار بديل للحصول على الطاقة من الجلوكوز. لكن بالفعل بمشاركة الأكسجين. هذا هو تنفس الأكسجين. التي يمتلكها كل منا ، أو التحلل الهوائي... التحلل الهوائي قادر على استعادة مخازن ATP العضلية بسرعة.

أثناء الأنشطة الديناميكية مثل الجري والسباحة وما إلى ذلك ، يحدث تحلل السكر الهوائي. أي ، إذا ركضت ولم تختنق ، لكن تحدثت بهدوء مع رفيق يركض بجوارك ، فيمكننا القول أنك تجري في وضع الأيروبيك.

يحدث التنفس أو تحلل الجلوكوز الهوائية في الميتوكوندرياتحت تأثير إنزيمات خاصة ويتطلب استهلاك الأكسجين ، وبالتالي وقت توصيله.

تحدث الأكسدة على عدة مراحل ، أولاً هناك تحلل سكري ، لكن جزيئي البيروفات المتكونين خلال المرحلة الوسيطة من هذا التفاعل لا يتحولان إلى جزيئات حمض اللاكتيك ، بل يتغلغلان في الميتوكوندريا ، حيث يتأكسدان في دورة كريبس إلى ثاني أكسيد الكربون CO2 و ماء H2O وتوفير الطاقة لإنتاج 36 جزيء ATP آخر.

الميتوكوندرياهذه عضيات خاصة موجودة في الخلية ، لذلك هناك واحدةمفهوم ما ، مثل التنفس الخلوي. يحدث هذا التنفس في جميع الكائنات الحية التي تحتاج إلى الأكسجين ، بما في ذلك أنت وأنا.

تحلل السكر هو مسار تقويضي ذو أهمية استثنائية. يوفر الطاقة للتفاعلات الخلوية ، بما في ذلك تخليق البروتين. تستخدم مركبات تحلل السكر في تخليق الدهون. يمكن أيضًا استخدام البيروفات لتخليق الألانين والأسبارتات والمركبات الأخرى. بفضل تحلل الجلوكوز ، فإن أداء الميتوكوندريا وتوافر الأكسجين لا يحدان من قوة العضلات أثناء الأحمال الشديدة على المدى القصير. تعتبر الأكسدة الهوائية أكثر فعالية بعشرين مرة من عملية تحلل السكر اللاهوائي.

ما هي الميتوكوندريا؟

الميتوكوندريا (من اليونانية μίτος - خيط و - حبة ، حبوب) عبارة عن عضوي كروي أو إهليلجي ذو غشاءين يبلغ قطره عادة حوالي 1 ميكرومتر. وتتمثل الوظيفة الرئيسية في أكسدة المركبات العضوية واستخدام الطاقة المنبعثة أثناء تحللها لتوليد جهد كهربائي وتوليف ثلاثي فوسفات الأدينوسين وتوليد الحرارة.

عدد الميتوكوندريا في الخلية ليس ثابتًا. تتواجد بكثرة بشكل خاص في الخلايا التي تكون فيها الحاجة للأكسجين عالية. اعتمادًا على أي أجزاء من الخلية في أي لحظة يكون هناك استهلاك متزايد للطاقة ، فإن الميتوكوندريا في الخلية قادرة على التحرك عبر السيتوبلازم إلى المناطق التي تستهلك أكبر قدر من الطاقة.

وظائف الميتوكوندريا

تتمثل إحدى الوظائف الرئيسية للميتوكوندريا في تخليق ATP ، وهو شكل عالمي من الطاقة الكيميائية في أي خلية حية. انظر ، المدخل عبارة عن جزيئين من البيروفات ، والمخرج عبارة عن كمية هائلة من "أشياء كثيرة". يسمى هذا "الكثير من الأشياء" "دورة كريبس". بالمناسبة ، حصل هانز كريبس على جائزة نوبل لافتتاح هذه الدورة.

يمكننا القول أن هذه هي دورة حمض الكربوكسيل. في هذه الدورة ، يتم تحويل العديد من المواد بالتتابع إلى بعضها البعض. بشكل عام ، كما تفهم ، هذا الشيء مهم جدًا ومفهوم لعلماء الكيمياء الحيوية. بمعنى آخر ، إنها خطوة أساسية في تنفس جميع الخلايا التي تستخدم الأكسجين.

نتيجة لذلك ، الناتج الذي نحصل عليه هو ثاني أكسيد الكربون والماء و 36 جزيء ATP. دعني أذكرك أن تحلل السكر (بدون مشاركة الأكسجين) أنتج جزيئين فقط من جزيئي ATP لكل جزيء جلوكوز. لذلك ، عندما تبدأ عضلاتنا في العمل بدون أكسجين ، فإنها تفقد كفاءتها بشكل كبير. هذا هو السبب في أن جميع التدريبات تهدف إلى ضمان أن تعمل العضلات على الأكسجين لأطول فترة ممكنة.

هيكل الميتوكوندريا

للميتوكوندريا غشاءان: خارجي وداخلي. تتمثل الوظيفة الرئيسية للغشاء الخارجي في فصل العضوي عن سيتوبلازم الخلية. وتتكون من طبقة ثنائية الشحوم وبروتينات تتخللها ، يتم من خلالها نقل الجزيئات والأيونات اللازمة لعمل الميتوكوندريا.

بينما يكون الغشاء الخارجي أملسًا ، يشكل الغشاء الداخلي طيات عديدة -كريستامما يزيد من مساحتها بشكل كبير. يتكون الغشاء الداخلي في الغالب من بروتينات ، من بينها إنزيمات السلسلة التنفسية ، وبروتينات النقل ومجمعات ATP - synthetase الكبيرة. في هذا المكان يحدث تخليق ATP. بين الأغشية الخارجية والداخلية هناك مساحة بين الغشاء مع الإنزيمات الكامنة فيه.
يسمى الفضاء الداخلي للميتوكوندريا مصفوفة... فيما يلي أنظمة الإنزيمات لأكسدة الأحماض الدهنية والبيروفات ، وإنزيمات دورة كريبس ، وكذلك المواد الوراثية للميتوكوندريا - الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي ، وجهاز تصنيع البروتين.

الميتوكوندريا هي المصدر الوحيد للطاقة للخلايا. تقع الميتوكوندريا في السيتوبلازم لكل خلية ، وهي قابلة للمقارنة مع "البطاريات" التي تنتج وتخزن وتوزع الطاقة اللازمة للخلية.
تحتوي الخلايا البشرية على ما معدله 1500 ميتوكوندريا. توجد بكثرة بشكل خاص في الخلايا ذات التمثيل الغذائي المكثف (على سبيل المثال ، في العضلات أو الكبد).
الميتوكوندريا متحركة وتتحرك في السيتوبلازم حسب احتياجات الخلية. بسبب وجود الحمض النووي الخاص بهم ، فإنها تتكاثر وتدمر نفسها بغض النظر عن انقسام الخلية.
لا يمكن للخلايا أن تعمل بدون الميتوكوندريا ؛ فالحياة مستحيلة بدونها.

"يمكننا أيضًا التحدث عن الموت الكيميائي للإنسان ، عندما ينضب إمداد الطاقة النفسية.

يمكننا التحدث عن القيامة عندما تبدأ الطاقة النفسية في التجدد".

ما هي الطاقة النفسية؟- هذه هي الطاقة الواهبة للحياة التي يعتمد عليها وجود الإنسان. لا توجد طاقة نفسية (يشار إليها فيما يلي بـ PE) - لا توجد حياة ، ولا يحدث تحلل جسدي ، ولا يوجد مرض وموت. هناك PE - هناك حياة مليئة بالإبداع والصحة والسعادة.

المرادفات ل PE: نعمة ، برانا ، طاقة صينية تشي ، نار هيرميس ، كونداليني ، ألسنة نار ليوم الثالوث المقدس ، فريل بولوير-ليتون ، طاقة مجانية من كيلي ، سائل ميسمير ، أود ريتشنباخ ، نار زرادشت الحية ، صوفيا الهيلينية ، ساراسواتي من الهندوس والعديد والعديد غيرهم.

علامات الانخفاض في PE: الإرهاق العقلي والجسدي ، والنعاس ، وانعدام الشكل للوعي ، و الحالات الشديدة- غثيان.

علامات تدفق البولي ايثيلين: الفرح والتفاؤل ، النشاط الإبداعي ، الرغبة في الإنجاز ، والنشاط المثمر.

سبع طرق للحفاظ على PE

1. هالة. عند مغادرة المنزل في الصباح ، حدد عقليًا غلاف طاقة في شكل بيض الدجاجبحيث يكون جسمك في وسط هذه البيضة الأذنية. وبالتالي ، ستقوي شبكة الحماية الخاصة بهالتك ، والتي تحمي PE الخاص بك من التدخلات غير المرغوب فيها.

2. مصاصات الدماء. حاول أن تتجنب التواصل مع الأشخاص بنظرات باهتة وخافتة ومتغيرة - فهؤلاء هم مصاصو دماء للطاقة ، بعد التواصل مع من يعاني من التعب الشديد. لا يمكن تزوير نظرة الشخص. العيون هي المؤشر الأكثر موثوقية لوجود PE في الشخص. غالبًا ما يصبح أولئك الذين ليس لديهم PE الخاص بهم مصاصي دماء للطاقة ويحاولون (غالبًا دون وعي) سرقتها بمجرد الاقتراب من هالة المتبرع.

3. الحشد. في وسائل النقل العام أو الأماكن المزدحمة المماثلة ، قم بإجراء تقييم خاطف للأشخاص الذين يقفون بجانبك. إذا تسبب لك أحدهم في رفض طفيف ، فابتعد عنه إلى مكان آخر. عندما تلمس الهالات البشرية ، يتدفق PE الخاص بك وفقًا للمبدأ المغناطيسي إلى هالة أخرى ، ويتدفق PE الخاص بهالة أخرى في هالتك ، ولا توجد طريقة لإعاقة تبادل الطاقة هذا - هذا قانون ثابت.

4. الأيدي. في الأماكن العامة ، حاول تجنب ملامسة اليد العارية للأشياء والأشياء الشائعة ، مثل مقابض الأبواب ، والدرابزين ، ومقابض عربة التسوق ، وما إلى ذلك. إذا أمكن ، في فصل الشتاء ، لا تخلع قفازاتك أو تشتري قفازات رفيعة ، على سبيل المثال ، قفازات الأطفال. إذا لم يكن من الممكن تجنب الاتصال المباشر باليدين ، فابحث عن المكان الأقل استخدامًا. الأيدي البشرية تنبعث منها تيارات قوية من البولي ايثيلين. مع كل لمسة ، يشبع الشخص بتقنية PE الخاصة به تلك الأشياء التي تلمسها يده. انتبه للأشياء القديمة غير المألوفة. يمكن أن تحمل شحنة PE سلبية ، من الاتصال الذي ستنفق معه الكثير من PE الخاص بك لتحييده.

5. تهيج. بكل الوسائل ، تجنب التهيج الذي يمكن أن يكون مزعجًا بشكل خاص في وسائل النقل العام ، في المتاجر ، أثناء الازدحام على الطريق ، قيادة السيارة ، في المنزل ، إلخ. يتسبب التهيج العقلي في حدوث PE سلبي ، مما يؤدي إلى تدمير PE الإيجابي.

6. INTIM. عيش حياة حميمة معتدلة ، لأن تكاثر السائل المنوي يتطلب استهلاكًا كبيرًا من البولي إيثيلين.

7. الحيوانات. لا تحتفظ بالحيوانات في المنزل حتى لا يتسرب البولي إيثيلين إليها. الحيوانات ، مثل جميع الكائنات الحية ، لها هالة خاصة بها مع PE الخاص بها ، وهي جودة أقل بكثير من PE البشري. عندما تتلامس هالات الإنسان والحيوان ، يحدث تبادل PE نفسه بين الناس. لا تشبع الهالة الخاصة بك مع PE حيوان أقل.

سبع طرق لتعزيز PE

1. الهواء. استنشق هواءً طبيعيًا ونقيًا كثيرًا. برانا ، PE الشمسي ، مذاب فيه. في المدن الكبيرة التي يزيد عدد سكانها عن مليون نسمة ، لا يكون الهواء نظيفًا ، لذا حاول إما الخروج إلى الطبيعة كثيرًا ، أو حتى الخروج من المدينة أو في بلدة صغيرة.

2. الفضاء. تمتلئ المساحات العالمية غير المحدودة بالطاقة الكونية التي تخلق الحياة ، والتي تشبه الطاقة البشرية البشرية. تحتاج فقط إلى الاتصال عقليًا ، وإخراجها من هناك. انظر إلى السماء المرصعة بالنجوم وتخيل أنها محيط من الطاقة ، من خلال لمسها يمكنك بسهولة تعزيز طاقة حياتك.

3. الصداقة. كن أكثر ودا مع كل من حولك. لا تتمنى إيذاء أحد حتى أعدائك. اللطف والموقف الودود لا يولدان فقط إشعاع PE إيجابيًا في هالتك ، ولكن أيضًا يثيران لدى الأشخاص نفس الاهتزازات المتبادلة لهالاتهم. يتبادل الأشخاص الودودون PE الإيجابي مع أشخاص آخرين لمجرد أنهم يحرضون نفس PE الإيجابي لدى أشخاص آخرين.

4. القلب. الحاكم الرئيسي لقلب الشخص هو قلبه. استمع إلى قلبك وليس عقلك. غالبًا ما يتم خداع العقل العقلاني في التقييم الصحيح لموقف الحياة ويؤدي أحيانًا إلى طريق مسدود. لا يخدع القلب أبدًا ويعرف أكثر بكثير مما يتخيله العقل. اسمع صوت قلبك في صمت وصمت. سيخبرك بكيفية اتباع مسار الحياة حتى تتمكن في النهاية من القول إنك عشت حياة سعيدة.

6. الخضار والفواكه. تناول الخضار والفواكه النيئة - فهي مليئة برواسب البولي إيثيلين الشمسية. حاول ألا تأكل الأطعمة المقلية ، مثل الزبدة المفرطة الطهي تطلق السموم التي تقتل PE الخاص بك. لا تأكل اللحوم فهي مليئة بالطاقة الخفية من سوائل التحلل المسببة للأمراض والتي تبدأ فور موت الحيوان. حتى اللحوم الطازجة لا تحتوي فقط على نسبة منخفضة من البولي إيثيلين الحيواني ، ولكن أيضًا بالميكروبات النشطة ، عند تناولها ، سينفق جسمك الكثير من البولي إيثيلين لتحييدها. يمكن للبقوليات أن تحل محل منتجات اللحوم بسهولة.

7. الحلم. قبل الذهاب إلى الفراش ، لا تقلق ، بل أكثر من ذلك لا تتشاجر مع عائلتك. حاول ألا تشاهد البرامج التلفزيونية السلبية والإجرامية التي تسبب مشاعر سيئة. من الأفضل مشاهدة فيلم جيد أو قراءته كتاب جيد، أو الاستماع إلى الموسيقى الهادئة. قبل الذهاب إلى الفراش ، استحم لتنظيف ليس فقط رواسب العرق من جسدك ، ولكن الأهم من ذلك ، لإزالة تراكمات الطاقة التي تعيشها اليوم من الهالة. المياه النقية لديها القدرة على تنقية البولي ايثيلين. بعد التقاعد للنوم بجسم نظيف وروح هادئة وهادئة ، سوف يندفع PE الخاص بك إلى طبقات الفضاء النظيفة ، حيث سيتلقى القوة والتغذية. في الصباح ستشعر بالحيوية والقوة لتعيش اليوم التالي بكرامة.

تستند هذه المادة إلى المقالة "نظرة عامة على أنواع أجهزة تخزين الطاقة" المنشورة سابقًا على http://khd2.narod.ru/gratis/accumul.htm ، مع إضافة عدة فقرات من مصادر أخرى ، على سبيل المثال ، http: // بطارية معلومات. ru / بدائل.

واحدة من المشاكل الرئيسية للطاقة البديلة هو العرض غير المتكافئ لها من مصادر متجددة. تشرق الشمس فقط خلال النهار وفي الطقس الصافي ، إما أن تهب الرياح أو تموت. والطلب على الكهرباء ليس ثابتًا ، فعلى سبيل المثال ، يستغرق الأمر أقل للإضاءة أثناء النهار وأكثر في المساء. والناس يحبونها عندما تغمر الأنوار في المدن والقرى ليلاً. حسنًا ، أو على الأقل الشوارع مضاءة. لذا تبرز المهمة - لتوفير الطاقة المستلمة لبعض الوقت ، من أجل استخدامها عندما تكون الحاجة إليها قصوى ، ولا يكفي الإيصال.

HPP TaumSauk في الولايات المتحدة الأمريكية. على الرغم من قوتها المنخفضة ، فهي معروفة في جميع أنحاء العالم بحوضها العلوي على شكل قلب.

هناك أيضًا مراكم هيدروليكية صغيرة الحجم لطاقة الجاذبية. أولاً ، نقوم بضخ 10 أطنان من المياه من خزان تحت الأرض (بئر) إلى حاوية على البرج. ثم يتدفق الماء من الخزان تحت تأثير الجاذبية إلى الخزان ، ويقوم بتدوير توربين بمولد كهربائي. يمكن أن تصل مدة خدمة محرك الأقراص هذا إلى 20 عامًا أو أكثر. المزايا: عند استخدام توربينات الرياح ، يمكن لهذا الأخير تشغيل مضخة مياه مباشرة ؛ ويمكن استخدام المياه من الخزان الموجود على البرج لاحتياجات أخرى.

لسوء الحظ ، يصعب صيانة الأنظمة الهيدروليكية في حالة تقنية مناسبة أكثر من صيانة الأنظمة ذات الحالة الصلبة - أولاً وقبل كل شيء ، يتعلق هذا بإحكام الخزانات وخطوط الأنابيب وإمكانية تشغيل معدات الإغلاق والضخ. وهناك شرط آخر أكثر أهمية - في لحظات تراكم الطاقة واستخدامها ، يجب أن يكون السائل العامل (على الأقل ، جزء كبير منه) في حالة تجمع سائل ، وألا يكون على شكل جليد أو بخار. لكن في بعض الأحيان في أجهزة التخزين هذه ، من الممكن الحصول على طاقة مجانية إضافية ، على سبيل المثال ، عند تجديد الخزان العلوي بمياه الذوبان أو الأمطار.

تخزين الطاقة الميكانيكية

تتجلى الطاقة الميكانيكية أثناء التفاعل وحركة الأجسام الفردية أو جزيئاتها. وهي تشمل الطاقة الحركية للحركة أو دوران الجسم ، وطاقة التشوه أثناء الانحناء ، والتمدد ، والتواء ، وانضغاط الأجسام المرنة (الينابيع).

تخزين الطاقة الجيروسكوبية

تخزين يوفيمتسيف الجيروسكوبي.

في أجهزة التخزين الجيروسكوبية ، يتم تخزين الطاقة في شكل طاقة حركية لحذافة سريعة الدوران. تعتبر الطاقة المحددة المخزنة لكل كيلوغرام من وزن دولاب الموازنة بشكل ملحوظ أكبر من ذلك، والتي يمكن تخزينها في كيلوغرام من الحمولة الساكنة ، وحتى رفعها إلى ارتفاع كبير ، وتعد أحدث التطورات عالية التقنية بكثافة من الطاقة المخزنة يمكن مقارنتها بمخزون الطاقة الكيميائية لكل وحدة كتلة من الأنواع الأكثر كفاءة من وقود كيماوي. ميزة أخرى ضخمة للعجلة الموازنة هي القدرة على العودة بسرعة أو تلقي طاقة عالية جدًا ، وهي محدودة فقط بقوة الشد للمواد في حالة النقل الميكانيكي أو "الإنتاجية" لعمليات النقل الكهربائية أو الهوائية أو الهيدروليكية.

لسوء الحظ ، تكون الحذافات حساسة للصدمات والالتواءات في الطائرات بخلاف مستوى الدوران ، حيث ينتج عن ذلك أحمال جيروسكوبية ضخمة تميل إلى ثني المحور. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وقت تخزين الطاقة المخزنة في دولاب الموازنة قصير نسبيًا ويتراوح عادةً في التصميمات التقليدية من بضع ثوانٍ إلى عدة ساعات. علاوة على ذلك ، فقد أصبح فقدان الطاقة بسبب الاحتكاك ملحوظًا للغاية ... ومع ذلك ، فإن التقنيات الحديثة تجعل من الممكن زيادة وقت التخزين بشكل كبير - حتى عدة أشهر.

أخيرًا ، هناك لحظة أخرى غير سارة - تعتمد الطاقة المخزنة بواسطة دولاب الموازنة بشكل مباشر على سرعة دورانها ، وبالتالي ، مع تراكم الطاقة أو إطلاقها ، تتغير سرعة الدوران طوال الوقت. في الوقت نفسه ، غالبًا ما يتطلب الحمل سرعة دوران ثابتة لا تتجاوز عدة آلاف من الثورات في الدقيقة. لهذا السبب ، يمكن أن تكون الأنظمة الميكانيكية البحتة لنقل الطاقة من دولاب الموازنة وإليها معقدة للغاية بحيث لا يمكن تصنيعها. في بعض الأحيان ، يمكن أن يبسط ناقل الحركة الكهروميكانيكي الموقف باستخدام مولد محرك يقع على نفس العمود مع دولاب الموازنة أو علبة تروس صلبة مرتبطة به. ولكن لا مفر من فقد الطاقة لأسلاك التسخين والملفات ، والتي يمكن أن تكون أعلى بكثير من الخسائر الناجمة عن الاحتكاك والانزلاق في المغيرات الجيدة.

الواعدة بشكل خاص هي ما يسمى بالحذافات الفائقة ، والتي تتكون من لفات من شريط فولاذي أو سلك أو ألياف تركيبية عالية القوة. يمكن أن يكون الملف كثيفًا ، أو يمكن أن يحتوي على مساحة فارغة خاصة. في الحالة الأخيرة ، مع فك دولاب الموازنة ، يتحرك الشريط من مركزه إلى محيط الدوران ، ويغير لحظة القصور الذاتي للعجلة الموازنة ، وإذا كان الشريط محملًا بنابض ، فإنه يخزن جزءًا من الطاقة في طاقة تشوه مرنة الربيع. نتيجة لذلك ، في مثل هذه الحذافات ، لا ترتبط سرعة الدوران ارتباطًا مباشرًا بالطاقة المخزنة وهي أكثر استقرارًا من أبسط الهياكل الصلبة ، كما أن استهلاكها للطاقة أعلى بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى كثافة طاقتها الأكبر ، فهي أكثر أمانًا في حالة وقوع حوادث مختلفة ، نظرًا لأنها ، على عكس شظايا دولاب الموازنة الكبيرة المتجانسة ، في طاقتها وقوتها التدميرية المماثلة لقذائف المدفع ، تكون شظايا الزنبرك أقل "فتكًا" و عادةً ما يؤدي إلى إبطاء الحدافة المنفجرة بشكل فعال بسبب الاحتكاك بجدران الجسم. لنفس السبب ، فإن الحذافات الصلبة الحديثة ، المصممة للعمل في أوضاع قريبة من إعادة توزيع قوة المواد ، غالبًا ما تكون غير متجانسة ، ولكنها منسوجة من الحبال أو الألياف المشبعة بالمادة اللاصقة.

توفر التصميمات الحديثة مع غرفة دوران مفرغة وتعليق مغناطيسي لحذافة فائقة مصنوعة من ألياف كيفلر كثافة طاقة مخزنة تزيد عن 5 ميجا جول / كجم ، ويمكنها تخزين الطاقة الحركية لأسابيع أو شهور. وفقًا للتقديرات المتفائلة ، فإن استخدام ألياف "الكربون الفائق" فائقة القوة لللف سيزيد من سرعة الدوران والكثافة النوعية للطاقة المخزنة عدة مرات - ما يصل إلى 2-3 جيجا جول / كجم (يعدون بأن دوران واحد من هذا القبيل ستكون دولاب الموازنة التي تزن 100-150 كجم كافية للجري لمليون كيلومتر أو أكثر ، أي طوال عمر السيارة تقريبًا!). ومع ذلك ، فإن تكلفة هذه الألياف لا تزال أعلى بعدة مرات من تكلفة الذهب ، لذلك حتى الشيوخ العرب لا يستطيعون تحمل مثل هذه الآلات حتى الآن ... يمكنك قراءة المزيد عن محركات دولاب الموازنة في كتاب نوربي غوليا.

تخزين الطاقة Gyroresonant

هذه المراكم هي نفس دولاب الموازنة ، ولكنها مصنوعة من مادة مرنة (على سبيل المثال ، المطاط). نتيجة لذلك ، لديها خصائص جديدة في الأساس. مع زيادة السرعة على دولاب الموازنة ، تبدأ "النتوءات" - "بتلات" في التكون - تتحول أولاً إلى قطع ناقص ، ثم إلى "زهرة" بثلاث أو أربع بتلات أو أكثر ... عمليًا لا تتغير ، ويتم تخزين الطاقة في الموجة الرنانة للتشوه المرن لمواد دولاب الموازنة ، والتي تشكل هذه "البتلات".

في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات من القرن الماضي ، كانت إن. زد. جارماش تعمل في مثل هذه التصاميم في دونيتسك. النتائج التي حصل عليها مثيرة للإعجاب - وفقًا لتقديراته ، عند سرعة تشغيل دولاب الموازنة فقط من 7 إلى 8 آلاف دورة في الدقيقة ، كانت الطاقة المخزنة كافية للسيارة لقطع 1500 كم مقابل 30 كم مع دولاب الموازنة التقليدي من نفس الحجم. لسوء الحظ ، فإن المعلومات الأحدث حول هذا النوع من محركات الأقراص غير معروفة.

مراكم ميكانيكية تستخدم قوى مرنة

تتمتع هذه الفئة من الأجهزة بسعة تخزين طاقة عالية جدًا. إذا كان من الضروري مراعاة الأبعاد الصغيرة (عدة سنتيمترات) ، فإن استهلاكها للطاقة هو الأعلى بين أجهزة التخزين الميكانيكية. إذا لم تكن متطلبات خصائص الوزن والحجم شديدة الصرامة ، فإن الحذافات الكبيرة فائقة السرعة تتفوق عليها في كثافة الطاقة ، لكنها أكثر حساسية للعوامل الخارجية ولديها وقت تخزين طاقة أقصر بكثير.

التخزين الميكانيكي الربيعي

إن ضغط الزنبرك وتمدده قادر على توفير معدل تدفق مرتفع للغاية وإمدادات طاقة لكل وحدة زمنية - ربما أكبر قوة ميكانيكية بين جميع أنواع أجهزة تخزين الطاقة. كما هو الحال في الحذافات ، فهي محدودة فقط من خلال قوة المواد ، ولكن الينابيع عادة ما تنفذ الحركة الانتقالية العاملة مباشرة ، وفي الحذافات لا يمكن للمرء الاستغناء عن ناقل حركة معقد إلى حد ما (ليس من قبيل المصادفة أن تكون النابض الرئيسي الميكانيكية أو علب الغاز تستخدم في الأسلحة الهوائية ، والتي ، في الواقع ، هي في الواقع نوابض هوائية مشحونة مسبقًا ؛ قبل ظهور الأسلحة النارية ، تم استخدام أسلحة الربيع أيضًا للقتال عن بعد - الأقواس والأقواس المستعرضة ، والتي ، قبل فترة طويلة من العصر الجديد ، حل محل القاذفة تمامًا مع تراكمها الحركي للطاقة في القوات المحترفة).

يمكن تخزين الطاقة المخزنة في زنبرك مضغوط لسنوات عديدة. ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه تحت تأثير التشوه المستمر ، تتراكم أي مادة التعب بمرور الوقت ، وتتغير الشبكة البلورية لمعدن الزنبرك ببطء ، وكلما زادت الضغوط الداخلية وارتفاع درجة الحرارة المحيطة ، كلما كان ذلك أسرع و إلى حد كبير سيحدث هذا. لذلك ، بعد عدة عقود ، قد يتم "تفريغ" الزنبرك المضغوط ، دون أن يتغير ظاهريًا ، كليًا أو جزئيًا. ومع ذلك ، فإن الينابيع الفولاذية عالية الجودة ، إذا لم تتعرض لارتفاع درجة الحرارة أو انخفاض درجة حرارة الجسم ، قادرة على العمل لعدة قرون دون أي فقد مرئي للقدرة. على سبيل المثال ، لا تزال ساعة حائط ميكانيكية قديمة من مصنع كامل تعمل لمدة أسبوعين - كما فعلت منذ أكثر من نصف قرن عندما تم تصنيعها.

إذا كان من الضروري "شحن" و "تفريغ" الزنبرك بشكل تدريجي وموحد ، فإن الآلية التي توفر ذلك يمكن أن تكون معقدة ومتقلبة للغاية (انظر إلى نفس الساعة الميكانيكية - في الواقع ، العديد من التروس والأجزاء الأخرى تخدم هذا الغرض بالذات). يمكن أن يبسط النقل الكهروميكانيكي الموقف ، لكنه يفرض عادةً قيودًا كبيرة على الطاقة الآنية لمثل هذا الجهاز ، وعند العمل بقدرة منخفضة (عدة مئات من واط أو أقل) ، تكون كفاءته منخفضة للغاية. تتمثل المهمة المنفصلة في تراكم الطاقة القصوى بأدنى حجم ، لأن هذا يولد ضغوطًا ميكانيكية قريبة من القوة المطلقة للمواد المستخدمة ، الأمر الذي يتطلب حسابات دقيقة بشكل خاص وصنعة لا تشوبها شائبة.

عند الحديث هنا عن الينابيع ، يجب على المرء ألا يغيب عن البال ليس المعدن فحسب ، بل أيضًا العناصر الصلبة المرنة الأخرى. الأكثر شيوعًا بينهم هي الأربطة المطاطية. بالمناسبة ، من حيث الطاقة المخزنة لكل وحدة كتلة ، يتجاوز المطاط الصلب عشرات المرات ، ولكنه يخدم أيضًا في نفس الوقت أقل تقريبًا ، وعلى عكس الفولاذ ، فإنه يفقد خصائصه بعد بضع سنوات حتى بدون استخدام نشط ومع الظروف الخارجية المثالية - بسبب التقادم الكيميائي السريع نسبيًا وتدهور المواد.

تخزين الغاز الميكانيكي

في هذه الفئة من الأجهزة ، تتراكم الطاقة بسبب مرونة الغاز المضغوط. عندما يكون هناك فائض من الطاقة ، يضخ الضاغط الغاز في الأسطوانة. عند الحاجة إلى استخدام الطاقة المخزنة ، يتم إدخال الغاز المضغوط في التوربينات ، والتي تؤدي مباشرة الأعمال الميكانيكية اللازمة أو تقوم بتدوير مولد كهربائي. بدلاً من التوربينات ، يمكنك استخدام محرك مكبس ، وهو أكثر كفاءة مع طاقة منخفضة (بالمناسبة ، هناك أيضًا ضواغط محرك ذات مكبس عكسي).

تم تجهيز كل ضاغط صناعي حديث تقريبًا بمركب مماثل - جهاز استقبال. صحيح أن الضغط هناك نادرًا ما يتجاوز 10 ضغط جوي ، وبالتالي فإن احتياطي الطاقة في مثل هذا المستقبل ليس كبيرًا جدًا ، ولكن هذا أيضًا يسمح عدة مرات بزيادة مورد التثبيت وتوفير الطاقة.

يمكن أن يوفر الغاز المضغوط إلى ضغط عشرات ومئات من الغلاف الجوي كثافة محددة عالية بما فيه الكفاية من الطاقة المخزنة لفترة زمنية غير محدودة تقريبًا (أشهر وسنوات وفي جودة عاليةأجهزة الاستقبال والصمامات - عقود ، - ليس بدون سبب انتشرت الأسلحة الهوائية التي تستخدم خراطيش الغاز المضغوط على نطاق واسع). ومع ذلك ، فإن الضاغط مع التوربينات أو المحرك الترددي المتضمن في التثبيت عبارة عن أجهزة معقدة ومتقلبة إلى حد ما ولها موارد محدودة للغاية.

تتمثل إحدى التقنيات الواعدة لإنشاء احتياطيات الطاقة في ضغط الهواء باستخدام الطاقة المتاحة في وقت لا توجد فيه حاجة فورية لهذه الأخيرة. يتم تبريد الهواء المضغوط وتخزينه عند ضغط 60-70 ضغط جوي. إذا كان من الضروري استهلاك الطاقة المخزنة ، فيتم استخلاص الهواء من جهاز التخزين ، وتسخينه ، ثم يدخل إلى توربين غازي خاص ، حيث تقوم طاقة الهواء المضغوط والمسخن بتدوير مراحل التوربين ، التي يتصل عمودها بـ مولد كهربائي يمد نظام الطاقة بالكهرباء.

لتخزين الهواء المضغوط ، يُقترح ، على سبيل المثال ، استخدام مناجم مناسبة أو صهاريج تحت الأرض تم إنشاؤها خصيصًا في تكوينات الملح. هذا المفهوم ليس جديدًا ، فقد تم تسجيل براءة اختراع تخزين الهواء المضغوط في كهف تحت الأرض في عام 1948 ، ويعمل أول مصنع لتخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES) بسعة 290 ميجاوات في محطة توليد الكهرباء في Huntorf في ألمانيا منذ عام 1978. أثناء مرحلة ضغط الهواء ، تُفقد كمية كبيرة من الطاقة كحرارة. يجب تعويض هذه الطاقة المفقودة عن طريق الهواء المضغوط قبل مرحلة التمدد في التوربينات الغازية ، لذلك ، يتم استخدام الوقود الهيدروكربوني ، مما يساعد على زيادة درجة حرارة الهواء. هذا يعني أن التركيبات لديها كفاءة بعيدة عن مائة بالمائة.

هناك طريق واعد لتحسين فعالية CAES. وهو يتألف من الاحتفاظ بالحرارة المتولدة أثناء تشغيل الضاغط وتخزينها أثناء ضغط الهواء وتبريده ، مع إعادة استخدامه لاحقًا عند إعادة تسخين الهواء البارد (ما يسمى بالاسترداد). ومع ذلك ، فإن خيار CAES هذا يواجه صعوبات فنية كبيرة ، لا سيما في اتجاه إنشاء نظام الحفاظ على الحرارة على المدى الطويل. إذا تم معالجة هذه المشاكل ، يمكن أن تمهد AA-CAES (Advanced Adiabatic-CAES) الطريق لأنظمة تخزين الطاقة على نطاق واسع ، وهي مشكلة أثارها الباحثون في جميع أنحاء العالم.

أعضاء شركة Hydrostor الكندية الناشئة لديهم حل آخر غير عادي - ضخ الطاقة في فقاعات تحت الماء.

تخزين الطاقة الحرارية

في ظروفنا المناخية ، يتم إنفاق جزء كبير جدًا (غالبًا الجزء الرئيسي) من الطاقة المستهلكة على التدفئة. لذلك ، سيكون من الملائم جدًا تجميع الحرارة مباشرة في جهاز التخزين ثم استعادتها مرة أخرى. لسوء الحظ ، في معظم الحالات ، تكون كثافة الطاقة المخزنة منخفضة جدًا ، وتكون شروط حفظها محدودة للغاية.

توجد مراكم حرارية مع مواد تخزين حرارة صلبة أو ذائبة ؛ سائل بخار؛ حرارية. مع عنصر تسخين كهربائي. يمكن توصيل المجمعات الحرارية بنظام مع غلاية تعمل بالوقود الصلب أو نظام شمسي أو نظام مشترك.

تخزين الطاقة بسبب السعة الحرارية

في أجهزة التخزين من هذا النوع ، تتراكم الحرارة بسبب السعة الحرارية لمادة تعمل كسائل عامل. مثال كلاسيكي على تراكم الحرارة هو الموقد الروسي. كان يتم تسخينه مرة واحدة في اليوم ، ثم يتم تدفئة المنزل لمدة 24 ساعة. في الوقت الحاضر ، غالبًا ما يعني المركب الحراري خزانات لتخزين الماء الساخن ، مغلفة بمادة ذات خصائص عزل حراري عالية.

هناك أيضًا مراكم حرارية تعتمد على ناقلات الحرارة الصلبة ، على سبيل المثال ، في طوب السيراميك.

المواد المختلفة لها سعات حرارية مختلفة. بالنسبة لمعظم ، فهو في النطاق من 0.1 إلى 2 kJ / (kg · K). يتمتع الماء بسعة حرارية عالية بشكل غير طبيعي - تبلغ سعته الحرارية في المرحلة السائلة حوالي 4.2 كيلو جول / (كجم كلفن). فقط الليثيوم الغريب جدًا لديه سعة حرارية أعلى - 4.4 كيلو جول / (كجم · كلفن).

ومع ذلك ، وبصرف النظر عن حرارة نوعية(بالكتلة) يجب أن تؤخذ في الاعتبار و السعة الحرارية الحجمية، والذي يسمح لك بتحديد مقدار الحرارة اللازمة لتغيير درجة حرارة نفس الحجم من المواد المختلفة بنفس المقدار. يتم حسابها من السعة الحرارية النوعية المعتادة (الكتلة) بضربها في الكثافة النوعية للمادة المقابلة. يجب أن تسترشد السعة الحرارية الحجمية عندما يكون حجم المجمّع الحراري أكثر أهمية من وزنه. على سبيل المثال ، تبلغ السعة الحرارية النوعية للصلب 0.46 كيلو جول / (كجم كلفن) فقط ، ولكن الكثافة تبلغ 7800 كجم / م 3 ، وعلى سبيل المثال ، بالنسبة للبولي بروبيلين - 1.9 كيلو جول / (كجم فقط 900 كجم / م 3. لذلك ، مع نفس الشيء الصوتسيكون الفولاذ قادرًا على تخزين حرارة أكثر 2.1 مرة من البولي بروبلين ، على الرغم من أنه سيكون أثقل 9 مرات تقريبًا. ومع ذلك ، نظرًا للسعة الحرارية العالية بشكل غير طبيعي للمياه ، لا يمكن لأي مادة أن تتفوق عليها من حيث السعة الحرارية الحجمية. ومع ذلك ، فإن السعة الحرارية الحجمية للحديد وسبائكه (الفولاذ والحديد الزهر) تختلف عن الماء بنسبة أقل من 20٪ - في متر مكعب واحد يمكنهم تخزين أكثر من 3.5 ميجا جول من الحرارة لكل درجة من تغير درجة الحرارة ، السعة الحرارية الحجمية النحاس أقل بقليل - 3.48 ميجا جول / (مكعب متر كلفن). تبلغ السعة الحرارية للهواء في الظروف العادية حوالي 1 كيلو جول / كجم ، أو 1.3 كيلو جول / متر مكعب ، لذلك لتسخين متر مكعب من الهواء بمقدار 1 درجة ، يكفي تبريد أقل بقليل من 1/3 لتر من الماء بواسطة نفس الدرجة (بطبيعة الحال ، أكثر سخونة من الهواء).

نظرًا لبساطة الجهاز (الذي يمكن أن يكون أبسط من قطعة صلبة ثابتة من الصلب أو خزان مغلق مع حامل حرارة سائل؟) ، فإن أجهزة تخزين الطاقة هذه لديها عدد غير محدود تقريبًا من دورات تخزين الطاقة وإطلاقها لفترة طويلة جدًا عمر الخدمة - لعوامل نقل الحرارة السائلة حتى يجف السائل أو حتى يتلف الخزان من التآكل أو لأسباب أخرى ، لا توجد هذه القيود للحالة الصلبة. لكن وقت التخزين محدود للغاية ، وكقاعدة عامة ، يتراوح من عدة ساعات إلى عدة أيام - لفترة أطول ، لم يعد العزل الحراري العادي قادرًا على الاحتفاظ بالحرارة ، كما أن الكثافة النوعية للطاقة المخزنة منخفضة.

أخيرًا ، يجب التأكيد على ظرف آخر - للتشغيل الفعال ، ليس فقط السعة الحرارية مهمة ، ولكن أيضًا التوصيل الحراري لمادة تراكم الحرارة. مع الموصلية الحرارية العالية ، حتى مع التغيرات السريعة إلى حد ما في الظروف الخارجية ، سيتفاعل المركب الحراري مع كتلته بأكملها ، وبالتالي مع كل طاقته المخزنة - أي بأكبر قدر ممكن من الكفاءة. في حالة الموصلية الحرارية السيئة ، فقط الجزء السطحي من مجمع الحرارة سيكون لديه وقت للتفاعل ، والتغيرات قصيرة المدى في الظروف الخارجية ببساطة لن يكون لديها الوقت للوصول إلى الطبقات العميقة ، وجزء كبير من مادة هذا سيتم بالفعل استبعاد مجمع الحرارة من العمل. يحتوي البولي بروبلين ، المذكور في المثال المذكور أعلاه ، على موصلية حرارية أقل بحوالي 200 مرة من الفولاذ ، وبالتالي ، على الرغم من الحرارة النوعية الكبيرة بما فيه الكفاية ، لا يمكن أن يكون تراكمًا فعالًا للحرارة. ومع ذلك ، من الناحية الفنية ، يمكن حل المشكلة بسهولة عن طريق تنظيم قنوات خاصة لتدوير المبرد داخل مجمع الحرارة ، ولكن من الواضح أن مثل هذا الحل يعقد التصميم بشكل كبير ، ويقلل من موثوقيته واستهلاك الطاقة ، وسيتطلب بالتأكيد صيانة دورية ، والتي من غير المحتمل أن تكون هناك حاجة لقطعة من مادة متجانسة.

قد يبدو غريبًا ، في بعض الأحيان يكون من الضروري أن تتراكم وتخزن ليس الحرارة ، بل البرودة. لأكثر من عقد من الزمان ، كانت الشركات تعمل في الولايات المتحدة التي تقدم "بطاريات" قائمة على الجليد للتركيب في مكيفات الهواء. في الليل ، عندما يكون هناك فائض من الكهرباء ويباع بأسعار مخفضة ، يقوم مكيف الهواء بتجميد الماء ، أي أنه يتحول إلى وضع الثلاجة. في النهار ، تستهلك طاقة أقل عدة مرات ، حيث تعمل كمروحة. تم إيقاف تشغيل الضاغط المتعطش للطاقة لهذه المرة. المزيد من التفاصيل.

تراكم الطاقة أثناء التغيير في حالة طور المادة

إذا نظرت عن كثب إلى المعلمات الحرارية للمواد المختلفة ، يمكنك أن ترى أنه عندما تتغير حالة التجميع (تصلب الذوبان ، التبخر - التكثيف) ، يكون هناك امتصاص أو إطلاق كبير للطاقة. بالنسبة لمعظم المواد ، فإن الطاقة الحرارية لمثل هذه التحولات كافية لتغيير درجة حرارة نفس الكمية من نفس المادة بعشرات أو حتى مئات الدرجات في نطاقات درجات الحرارة تلك حيث لا تتغير حالة التجميع. ولكن ، كما تعلم ، حتى تصبح حالة تجميع الحجم الكلي للمادة كما هي ، فإن درجة حرارتها ثابتة عمليًا! لذلك ، سيكون من المغري جدًا تجميع الطاقة بسبب التغيير في حالة التجميع - يتم تراكم الكثير من الطاقة ، وتتغير درجة الحرارة قليلاً ، ونتيجة لذلك ، لن تحتاج إلى حل المشكلات المرتبطة بالتسخين درجات حرارة عالية ، وفي الوقت نفسه ، يمكنك الحصول على سعة جيدة لمراكم الحرارة هذا.

الذوبان والتبلور

لسوء الحظ ، في الوقت الحالي ، لا توجد عمليًا مواد رخيصة وآمنة ومقاومة للتحلل مع طاقة انتقال عالية الطور ، حيث تقع نقطة الانصهار في النطاق الأكثر صلة - تقريبًا من + 20 درجة مئوية إلى +50 درجة مئوية (الحد الأقصى + 70 درجة مئوية - لا تزال هذه درجة حرارة آمنة نسبيًا ويمكن الوصول إليها بسهولة). كقاعدة عامة ، تذوب المركبات العضوية المعقدة في نطاق درجة الحرارة هذا ، وهي ليست بأي حال مفيدة للصحة وغالبًا ما تتأكسد بسرعة في الهواء.

ربما تكون أنسب المواد هي البارافينات ، حيث تقع نقطة انصهار معظمها ، حسب النوع ، في النطاق 40 ... 65 درجة مئوية (على الرغم من وجود البارافينات "السائلة" مع نقطة انصهار تبلغ 27 درجة مئوية أو أقل ، وكذلك الأوزوكريت الطبيعي ، المرتبط بالبارافين ، حيث تقع نقطة انصهاره في حدود 58.100 درجة مئوية). يعتبر كل من البارافين والأوزوكريت آمنين تمامًا ويستخدمان أيضًا للأغراض الطبية للتسخين المباشر للبقع المؤلمة على الجسم. ومع ذلك ، مع السعة الحرارية الجيدة ، يكون توصيلها الحراري منخفضًا جدًا - صغير جدًا لدرجة أن البارافين أو الأوزوكريت المطبق على الجسم ، عند تسخينه إلى 50-60 درجة مئوية ، يشعر فقط بالحرارة اللطيفة ، ولكن ليس حروقًا ، كما هو الحال مع الماء المسخن إلى نفس درجة الحرارة - هذا جيد بالنسبة للطب ، ولكن بالنسبة لمجمع الحرارة فهو عيب مطلق. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذه المواد ليست رخيصة جدًا ، على سبيل المثال ، كان سعر الجملة للأوزوكريت في سبتمبر 2009 حوالي 200 روبل لكل كيلوغرام ، وتكلفة كيلوغرام البارافين من 25 روبل (تقني) إلى 50 وأكثر (طعام عالي النقاء ، أي مناسب للاستخدام في تغليف المنتج). هذه هي أسعار الجملة للشحنات التي يبلغ وزنها عدة أطنان ، وبأسعار التجزئة أغلى ثمناً على الأقل مرة ونصف.

نتيجة لذلك ، تبين أن الكفاءة الاقتصادية لمجمع حرارة البارافين تشكل سؤالًا كبيرًا ، - بعد كل شيء ، كيلوغرام أو اثنين من البارافين أو الأوزوكريت مناسب فقط للتسخين الطبي لأسفل الظهر المكسور لبضع عشرات من دقيقة ، ولضمان درجة حرارة ثابتة لمسكن أكثر أو أقل اتساعًا لمدة يوم على الأقل ، يجب قياس كتلة مجمع حرارة البارافين بالأطنان ، بحيث تقترب تكلفته على الفور من تكلفة سيارة الركاب (وإن كان ذلك في جزء سعر أقل)! ودرجة حرارة انتقال الطور ، من الناحية المثالية ، يجب أن تتوافق تمامًا مع النطاق المريح (20..25 درجة مئوية) - وإلا ، فلا يزال يتعين عليك تنظيم نوع من نظام التحكم في التبادل الحراري. ومع ذلك ، فإن نقطة الانصهار في منطقة 50..54 درجة مئوية ، وهي نموذجية للبارافينات عالية النقاء ، بالإضافة إلى الحرارة العالية لانتقال الطور (أكثر بقليل من 200 كيلو جول / كجم) مناسبة جدًا لمجمع حرارة مصمم لتوفير تزويد الماء الساخن وتسخين الماء الساخن ، المشكلة الوحيدة هي انخفاض التوصيل الحراري وارتفاع سعر البارافين. ولكن في حالة القوة القاهرة ، يمكن استخدام البارافين نفسه كوقود ذي قيمة حرارية جيدة (على الرغم من أنه ليس من السهل القيام بذلك - على عكس البنزين أو الكيروسين ، فإن البارافين السائل وحتى الأكثر صلابة لا يحترق في الهواء ، أنت بالتأكيد بحاجة إلى فتيل أو أي جهاز آخر للتغذية في منطقة الاحتراق ليس البارافين نفسه ، ولكن أبخرته فقط)!

مثال على نظام تخزين الطاقة الحرارية الذائب والبلوري هو نظام تخزين الطاقة الحرارية TESS القائم على السيليكون والذي طورته الشركة الأسترالية Latent Heat Storage.

التبخر والتكثيف

عادة ما تكون حرارة تكثيف التبخير أعلى بعدة مرات من حرارة التبلور الانصهار. ويبدو أنه لا يوجد عدد قليل جدًا من المواد التي تتبخر في نطاق درجة الحرارة المطلوبة. بالإضافة إلى ثاني كبريتيد الكربون السام ، والأسيتون ، والإيثيل الإيثر ، وما إلى ذلك ، هناك أيضًا الكحول الإيثيلي (ثبت سلامته النسبية يوميًا من خلال مثال شخصي من قبل ملايين مدمني الكحول حول العالم!). في ظل الظروف العادية ، يغلي الكحول عند 78 درجة مئوية ، وتكون حرارة تبخره أعلى 2.5 مرة من حرارة انصهار الماء (الجليد) وتعادل تسخين نفس الكمية من الماء السائل بمقدار 200 درجة. ومع ذلك ، على عكس الذوبان ، عندما نادراً ما تتجاوز التغييرات في حجم مادة ما نسبة قليلة ، أثناء التبخر ، يحتل البخار الحجم الكامل المقدم لها. وإذا كان هذا الحجم غير محدود ، فسوف يتبخر البخار ، ويأخذ معه كل الطاقة المتراكمة بشكل لا رجعة فيه. في الحجم المغلق ، سيبدأ الضغط في الزيادة فورًا ، مما يمنع تبخر أجزاء جديدة من سائل العمل ، كما هو الحال في قدر الضغط الأكثر شيوعًا ، وبالتالي ، فإن نسبة صغيرة فقط من مادة العمل تتعرض لتغيير في حالة التجميع ، بينما يستمر تسخين الباقي أثناء وجوده في الطور السائل. هنا يفتح مجال كبير من النشاط للمخترعين - إنشاء مجمع حرارة فعال يعتمد على التبخر والتكثيف مع إزاحة متغيرة محكمة الإغلاق.

انتقالات المرحلة من النوع الثاني

بالإضافة إلى انتقالات الطور المرتبطة بتغيير في حالة التجميع ، يمكن أن تحتوي بعض المواد وداخل حالة التجميع الواحدة على عدة حالات طور مختلفة. التغيير في حالات الطور هذه ، كقاعدة عامة ، يكون مصحوبًا أيضًا بإطلاق أو امتصاص ملحوظ للطاقة ، على الرغم من أنه عادةً ما يكون أقل أهمية بكثير من التغيير في حالة تجميع المادة. بالإضافة إلى ذلك ، في كثير من الحالات ، مع مثل هذه التغييرات ، على عكس التغيير في حالة التجميع ، يحدث تباطؤ درجة الحرارة - يمكن أن تختلف درجات حرارة انتقالات الطور الأمامي والعكس بشكل كبير ، أحيانًا بعشرات أو حتى مئات الدرجات.

تخزين الطاقة الكهربائية

الكهرباء هي الشكل الأكثر ملاءمة وتنوعًا للطاقة في العالم الحديث... ليس من المستغرب أن تخزين الطاقة الكهربائية هو الذي يتطور بسرعة أكبر. لسوء الحظ ، في معظم الحالات ، تكون السعة المحددة للأجهزة غير المكلفة صغيرة ، ولا تزال الأجهزة ذات السعة المحددة العالية باهظة الثمن لتخزين احتياطيات كبيرة من الطاقة في الاستخدام الشامل وقصيرة العمر.

المكثفات

أجهزة تخزين الطاقة "الكهربائية" الأكثر شيوعًا هي المكثفات التقنية اللاسلكية التقليدية. لديهم معدل هائل من تراكم وإطلاق الطاقة - كقاعدة عامة ، من عدة آلاف إلى عدة بلايين من الدورات الكاملة في الثانية ، وقادرون على العمل بهذه الطريقة في نطاق درجات حرارة واسع لسنوات عديدة ، أو حتى عقود. من خلال الجمع بين عدة مكثفات على التوازي ، يمكنك بسهولة زيادة سعتها الإجمالية إلى القيمة المطلوبة.

يمكن تقسيم المكثفات إلى فئتين كبيرتين - غير قطبية (عادة "جافة" ، أي لا تحتوي على سائل إلكتروليت) وقطبية (عادة إلكتروليتية). يوفر استخدام الإلكتروليت السائل سعة محددة أعلى بشكل ملحوظ ، ولكنه يتطلب دائمًا ملاحظة القطبية عند التوصيل. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تكون المكثفات الإلكتروليتية أكثر حساسية للظروف الخارجية ، ودرجة الحرارة في المقام الأول ، ولها عمر خدمة أقصر (بمرور الوقت ، يتبخر المحلول الكهربائي ويجف).

ومع ذلك ، فإن المكثفات لها عيبان رئيسيان. أولاً ، إنها كثافة نوعية منخفضة جدًا من الطاقة المخزنة ، وبالتالي فهي سعة صغيرة (بالنسبة لأنواع التخزين الأخرى). ثانيًا ، هذا هو وقت تخزين قصير ، والذي يتم حسابه عادةً بالدقائق والثواني ونادرًا ما يتجاوز عدة ساعات ، وفي بعض الحالات يكون فقط كسور صغيرة من الثانية. نتيجة لذلك ، يقتصر نطاق تطبيق المكثفات على الدوائر الإلكترونية المختلفة والتراكم قصير المدى الكافي لتصحيح التيار وتصحيحه وترشيحه في هندسة الطاقة الكهربائية - لا يزال هناك عدد غير كافٍ منها للمزيد.

يشار إليها أحيانًا باسم "المكثفات الفائقة" ، ويمكن اعتبارها نوعًا من الارتباط الوسيط بين المكثفات الإلكتروليتية والبطاريات الكهروكيميائية. من السابق ، ورثوا عددًا غير محدود تقريبًا من دورات الشحن والتفريغ ، ومن الأخيرة ، تيارات شحن وتفريغ منخفضة نسبيًا (يمكن أن تستمر دورة الشحن والتفريغ الكاملة ثانية ، أو حتى أطول من ذلك بكثير). تتراوح سعتها أيضًا بين المكثفات الأكثر رحابة وأصغر البطاريات - عادةً ما يكون احتياطي الطاقة من بضع مئات إلى عدة مئات من الجول.

بالإضافة إلى ذلك ، يجب ملاحظة الحساسية العالية للمكثفات الفائقة لدرجة الحرارة ووقت التخزين المحدود للشحنة - من عدة ساعات إلى عدة أسابيع كحد أقصى.

البطاريات الكهروكيميائية

تم اختراع البطاريات الكهروكيميائية في الأيام الأولى للهندسة الكهربائية ويمكن الآن العثور عليها في كل مكان - من الهواتف المحمولة إلى الطائرات والسفن. بشكل عام ، فهي تعمل على أساس تفاعلات كيميائية معينة ، وبالتالي يمكن أن تُنسب إلى القسم التالي من مقالتنا - "تخزين الطاقة الكيميائية". ولكن نظرًا لعدم التأكيد على هذه النقطة عادةً ، ولكن يتم لفت الانتباه إلى حقيقة أن البطاريات تخزن الكهرباء ، فسننظر فيها هنا.

كقاعدة عامة ، عندما يكون من الضروري تخزين طاقة كبيرة بما فيه الكفاية - من عدة مئات من الكيلوجول وأكثر - يتم استخدام بطاريات الرصاص الحمضية (على سبيل المثال ، أي سيارة). ومع ذلك ، لديهم أبعاد كبيرة ، والأهم من ذلك ، الوزن. إذا كنت بحاجة إلى وزن خفيف وقابلية للتنقل للجهاز ، فسيتم استخدام أنواع أكثر حداثة من البطاريات - النيكل والكادميوم وهيدريد المعادن والليثيوم أيون والبوليمر أيون وما إلى ذلك. لها تكلفة محددة لتخزين الطاقة. أعلى من ذلك بكثير ، لذلك يقتصر استخدامها عادةً على الأجهزة الصغيرة والاقتصادية نسبيًا مثل الهواتف المحمولة والكاميرات وكاميرات الفيديو وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، إلخ.

في السنوات الأخيرة ، بدأ استخدام بطاريات الليثيوم أيون عالية الطاقة في السيارات الهجينة والسيارات الكهربائية. بالإضافة إلى الوزن المنخفض والقدرة النوعية الأعلى ، على عكس حمض الرصاص ، فهي تسمح بالاستخدام الكامل تقريبًا لقدرتها الاسمية ، وتعتبر أكثر موثوقية ولها عمر خدمة أطول ، وكفاءة الطاقة في دورة كاملة تتجاوز 90٪ ، بينما كفاءة الطاقة لبطاريات الرصاص الحمضية ، عند شحن آخر 20٪ من السعة ، يمكن أن تنخفض السعة إلى 50٪.

وفقًا لطريقة الاستخدام ، يتم أيضًا تقسيم البطاريات الكهروكيميائية (القوية بشكل أساسي) إلى فئتين كبيرتين - ما يسمى بالجر والبدء. عادة ، يمكن لبطارية بدء التشغيل أن تعمل بنجاح كبطارية جر (الشيء الرئيسي هو التحكم في درجة التفريغ وعدم إحضارها إلى هذا العمق المسموح به لبطاريات الجر) ، ولكن عند استخدامها في الاتجاه المعاكس ، يكون الحمل كبير جدًا التيار يمكن بسرعة كبيرة تعطيل بطارية الجر.

تشمل عيوب البطاريات الكهروكيميائية عددًا محدودًا جدًا من دورات الشحن والتفريغ (في معظم الحالات ، من 250 إلى 2000 ، وحتى في حالة عدم وجود عملية نشطة ، فإن معظم أنواع البطاريات تتحلل بعد بضع سنوات ، وتفقد خصائصها الاستهلاكية. .. في الوقت نفسه ، لا يبدأ عمر الخدمة للعديد من أنواع البطاريات من بداية تشغيلها ، ولكن من لحظة التصنيع. بالإضافة إلى ذلك ، تتميز البطاريات الكهروكيميائية بحساسيتها لدرجة الحرارة ، ووقت شحن طويل ، وأحيانًا أطول بعشرات المرات من وقت التفريغ ، والحاجة إلى الامتثال لطريقة الاستخدام (منع التفريغ العميق لبطاريات الرصاص الحمضية ، والعكس بالعكس). ، الامتثال لدورة شحن وتفريغ كاملة لهيدريد المعادن والعديد من أنواع البطاريات الأخرى). كما أن وقت تخزين الشحن محدود للغاية - عادة من أسبوع إلى عام. بالنسبة للبطاريات القديمة ، لا تقل السعة فحسب ، بل تنخفض أيضًا وقت التخزين ، ويمكن تقليل كليهما عدة مرات.

تخزين الطاقة الكيميائية

الطاقة الكيميائية- هذه هي الطاقة "المخزنة" في ذرات المواد ، والتي يتم إطلاقها أو امتصاصها أثناء التفاعلات الكيميائية بين المواد. يتم إطلاق الطاقة الكيميائية إما في شكل حرارة أثناء التفاعلات الطاردة للحرارة (على سبيل المثال ، احتراق الوقود) ، أو تحويلها إلى طاقة كهربائية في الخلايا والبطاريات الجلفانية. تتميز مصادر الطاقة هذه بكفاءة عالية (تصل إلى 98٪) ، ولكن بقدرة منخفضة.

تسمح لك أجهزة تخزين الطاقة الكيميائية بتلقي الطاقة بالشكل الذي تم تخزينها منه ، وفي أي شكل آخر. هناك أنواع مختلفة من "الوقود" و "غير الوقود". على عكس أجهزة التخزين الكيميائية الحرارية ذات درجة الحرارة المنخفضة (حولها بعد قليل) ، والتي يمكنها تخزين الطاقة ببساطة عن طريق وضعها في مكان دافئ بدرجة كافية ، هنا لا يمكنك الاستغناء عن التقنيات الخاصة والمعدات عالية التقنية ، وأحيانًا تكون ضخمة جدًا. على وجه الخصوص ، في حالة التفاعلات الكيميائية الحرارية ذات درجة الحرارة المنخفضة ، لا يتم عادةً فصل خليط الكواشف ويكون دائمًا في نفس الحاوية ، يتم تخزين الكواشف للتفاعلات ذات درجة الحرارة العالية بشكل منفصل عن بعضها البعض ويتم دمجها فقط عند الطاقة وهناك حاجة.

تخزين الطاقة من خلال إنتاج الوقود

أثناء مرحلة تخزين الطاقة ، يحدث تفاعل كيميائي ، ونتيجة لذلك يتم تقليل الوقود ، على سبيل المثال ، يتم إطلاق الهيدروجين من الماء - عن طريق التحليل الكهربائي المباشر ، في الخلايا الكهروكيميائية باستخدام محفز ، أو عن طريق التحلل الحراري ، على سبيل المثال ، بواسطة القوس الكهربائي أو ضوء الشمس عالي التركيز. يمكن جمع المؤكسد "المنطلق" بشكل منفصل (بالنسبة للأكسجين ، يكون ضروريًا في جسم مغلق معزول - تحت الماء أو في الفضاء) أو "يتم إلقاؤه" باعتباره غير ضروري ، لأنه في وقت استخدام الوقود ، سيكون هذا المؤكسد كافياً في البيئة وليس هناك حاجة لإضاعة المساحة والأموال لتخزينها المنظم.

في مرحلة استخلاص الطاقة ، يتأكسد الوقود المستهلك مع إطلاق الطاقة مباشرة بالشكل المطلوب ، بغض النظر عن كيفية الحصول على هذا الوقود. على سبيل المثال ، يمكن للهيدروجين أن يوفر على الفور الحرارة (عند الاحتراق في الموقد) ، والطاقة الميكانيكية (عند توفيرها كوقود لمحرك الاحتراق الداخلي أو التوربينات) ، أو الكهرباء (عند التأكسد في خلية وقود). كقاعدة عامة ، تتطلب تفاعلات الأكسدة هذه بدءًا إضافيًا (اشتعال) ، وهو أمر مناسب جدًا للتحكم في عملية استعادة الطاقة.

تخزين الطاقة من خلال التفاعلات الكيميائية الحرارية

لطالما كانت مجموعة كبيرة من التفاعلات الكيميائية معروفة على نطاق واسع ، والتي في وعاء مغلق ، عند تسخينها ، تسير في اتجاه واحد مع امتصاص الطاقة ، وعندما تبرد ، في الاتجاه المعاكس مع إطلاق الطاقة. غالبًا ما يشار إلى ردود الفعل هذه باسم حرارية... كفاءة الطاقة لمثل هذه التفاعلات ، كقاعدة عامة ، أقل من التغيير في حالة تجميع المادة ، ولكنها أيضًا ملحوظة جدًا.

يمكن اعتبار مثل هذه التفاعلات الكيميائية الحرارية نوعًا من التغيير في حالة الطور لمزيج من الكواشف ، وتنشأ المشاكل هنا تقريبًا - من الصعب العثور على مزيج رخيص وآمن وفعال من المواد التي تعمل بنجاح بهذه الطريقة في نطاق درجة الحرارة من + 20 درجة مئوية إلى +70 درجة مئوية. ومع ذلك ، فإن أحد هذه التركيبات معروف منذ فترة طويلة - وهو ملح جلوبر.

يتم الحصول على Mirabilite (المعروف أيضًا باسم ملح Glauber ، المعروف أيضًا باسم كبريتات الصوديوم decahydrate Na 2 SO 4 · 10H 2 O) نتيجة للتفاعلات الكيميائية الأولية (على سبيل المثال ، عند إضافة ملح الطعام إلى حمض الكبريتيك) أو يتم استخراجه في "شكل جاهز" "كمعدن.

من وجهة نظر تراكم الحرارة ، فإن الميزة الأكثر إثارة للاهتمام في ميرابيليت هي أنه عندما ترتفع درجة الحرارة فوق 32 درجة مئوية ، يبدأ الماء المربوط في الانطلاق ، ويبدو ظاهريًا مثل "ذوبان" البلورات التي تذوب في الماء المنطلق منهم. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى 32 درجة مئوية ، يرتبط الماء الحر مرة أخرى ببنية الهيدرات البلورية - يحدث "التبلور". لكن الشيء الأكثر أهمية هو أن حرارة تفاعل الماء والجفاف هذا عالية جدًا وتصل إلى 251 كيلو جول / كجم ، وهي أعلى بشكل ملحوظ من حرارة التبلور "الصادق" للذوبان للبارافينات ، على الرغم من أنها أقل بمقدار الثلث من حرارة ذوبان الجليد (الماء).

وبالتالي ، يمكن لمراكم الحرارة المعتمد على محلول مشبع من ميرابيليت (مشبع بدقة في درجات حرارة أعلى من 32 درجة مئوية) أن يحافظ بشكل فعال على درجة الحرارة عند 32 درجة مئوية مع مصدر كبير لتخزين الطاقة أو إطلاقها. بالطبع ، درجة الحرارة هذه منخفضة جدًا بالنسبة لإمداد الماء الساخن الكامل (يُنظر إلى الدش بدرجة الحرارة هذه في أفضل الأحوال على أنه "بارد جدًا") ، ولكن درجة الحرارة هذه قد تكون كافية تمامًا لتسخين الهواء.

يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول المركب الحراري القائم على mirabilite على موقع الويب "DelaySam.ru".

تخزين الطاقة الكيميائية بدون وقود

علبة قهوة مسخنة بقطع الجير.

في هذه الحالة ، في مرحلة "الشحن" من بعض المواد الكيميائية ، يتم تكوين البعض الآخر ، وخلال هذه العملية ، يتم تخزين الطاقة في الروابط الكيميائية الجديدة التي يتم تكوينها (على سبيل المثال ، يتم تحويل الجير المطفأ إلى حالة غير مطلقة بمساعدة من التدفئة).

عندما يحدث "التفريغ" رد فعل عنيف، مصحوبًا بإطلاق الطاقة المخزنة مسبقًا (عادةً في شكل حرارة ، وأحيانًا بشكل إضافي في شكل غاز ، والذي يمكن إمداد التوربينات به) - على وجه الخصوص ، هذا هو بالضبط ما يحدث عند "إخماد" الجير بالماء . على عكس طرق الوقود ، لبدء التفاعل ، عادة ما يكون كافياً ببساطة دمج الكواشف مع بعضها البعض - لا يلزم بدء إضافي للعملية (الاشتعال).

في الواقع ، هذا نوع من التفاعل الكيميائي الحراري ، ومع ذلك ، على عكس تفاعلات درجات الحرارة المنخفضة الموصوفة عند التفكير في أجهزة تخزين الطاقة الحرارية ولا تتطلب أي شروط خاصة ، فإننا نتحدث هنا عن درجات حرارة تصل إلى عدة مئات أو حتى آلاف الدرجات. نتيجة لذلك ، تزداد كمية الطاقة المخزنة في كل كيلوغرام من مادة العمل بشكل كبير ، ولكن المعدات أكثر تعقيدًا وكثافة وأغلى بعدة مرات من الزجاجات البلاستيكية الفارغة أو خزان الكاشف البسيط.

لا تعد الحاجة إلى استهلاك مادة إضافية - على سبيل المثال ، الماء المستخدم في تكسير الجير - عيبًا كبيرًا (إذا لزم الأمر ، يمكنك تجميع المياه المنبعثة أثناء انتقال الجير إلى حالة الجير الحي). لكن ظروف التخزين الخاصة لهذا الجير السريع للغاية ، والذي يكون انتهاكه محفوفًا ليس فقط بالحروق الكيميائية ، ولكن أيضًا بالانفجار ، تترجم هذه الأساليب وغيرها إلى فئة تلك التي من غير المرجح أن تخرج إلى نطاق واسع.

أنواع أخرى من تخزين الطاقة

بالإضافة إلى تلك المذكورة أعلاه ، هناك أنواع أخرى من أجهزة تخزين الطاقة. ومع ذلك ، فهي في الوقت الحالي محدودة للغاية من حيث كثافة الطاقة المخزنة ووقت تخزينها بتكلفة وحدة عالية. لذلك ، في حين أنها تستخدم أكثر للترفيه ، ولا يؤخذ في الاعتبار استغلالها لأي أغراض خطيرة. مثال على ذلك الدهانات الفسفورية ، التي تخزن الطاقة من مصدر ضوء ساطع ثم تتوهج لبضع ثوان أو حتى دقائق طويلة. لا تحتوي تعديلاتها الحديثة على الفوسفور السام لفترة طويلة وهي آمنة تمامًا حتى للاستخدام في لعب الأطفال.

تقوم أجهزة تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل بتخزينها في مجال ملف مغناطيسي كبير للتيار المستمر. يمكن تحويله إلى تيار كهربائي متناوب حسب الحاجة. يتم تبريد المجمعات ذات درجات الحرارة المنخفضة بالهيليوم السائل وهي متاحة للتطبيقات الصناعية. لا تزال وحدات التخزين ذات درجة الحرارة العالية المبردة بواسطة الهيدروجين السائل قيد التطوير وقد تصبح متاحة في المستقبل.

أجهزة تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل كبيرة الحجم وتستخدم عادةً لفترات زمنية قصيرة ، مثل أثناء التبديل.

على الأرجح ، هذه المقالة لا تعكس كل شيء الطرق الممكنةتراكم الطاقة والحفاظ عليها. يمكنك الإبلاغ عن الخيارات الأخرى إما في التعليقات أو عبر البريد الإلكتروني إلى kos في altenergiya dot ru.