bai tieu luan vldc 1 docx

A. Ứng dụng trong kĩ thuật và trong đời sống của định luật bảo toàn Năng lượng
I. Năng lượng:
Năng lượng được định nghĩa là năng lực làm vật thể hoạt động. Có nhiều dạng năng lượng như:
động năng làm dịch chuyển vật thể, nhiệt năng làm tăng nhiệt độ của vật thể, Trong thời kỳ sơ
khai của loài người, nhiệt sinh ra do đốt than hoặc khí chỉ được sử dụng trực tiếp vào việc sưởi
ấm và nấu nướng. Sau đó, nhiệt được dùng để chạy máy móc và xe cộ. Ngoài ra, nhiệt còn làm
chạy tuabin máy phát điện để sản xuất điện năng. Điện năng rất tiện lợi, có thể sử dụng ngay lập
tức chỉ bằng việc ấn nút nên được sử dụng rất rộng rãi. Trong xã hội văn minh ngày nay, con
người không thể sống thiếu năng lượng. Nhưng do nguồn năng lượng là hữu hạn nên nhân loại
phải sử dụng năng lượng một cách hiệu quả và không lãng phí.
II. Năng lượng có thể thu được từ đâu?
Năng lượng có thể thu được từ các nguồn như dưới đây.
- Gỗ
- Sức nước
- Sức gió
- Địa nhiệt
- Ánh sáng mặt trời
- Than đá, dầu, khí tự nhiên (nhiên liệu hoá thạch)
- Uranium (nhiên liệu hạt nhân)
III. Từ trước đến nay nhân loại đã sử dụng năng lượng như thế nào?
Tổ tiên của chúng ta đã biết sử dụng lửa từ hàng trăm nghìn năm trước. Khi con người còn sinh
hoạt trong hang động thì lửa được sử dụng để chiếu sáng, sưởi ấm và nấu nướng. Nguồn năng
lượng động lực trong thời kỳ đó là sức người và gia súc. Sau đó, nhờ sử dụng lửa, tổ tiên chúng
ta đã làm ra được đồ gốm và các công cụ bằng kim loại. Với những công cụ đó, con người đã
thực hiện được các hoạt động sản xuất như canh tác, trồng trọt và chăn nuôi, qua đó các cộng
đồng xã hội được hình thành. Có thể nói rằng lửa chính là xuất phát điểm của nền văn minh nhân
loại. Vào cuối thể kỷ 18, máy hơi nước dùng nhiên liệu than đá được phát minh ở Anh. Từ đó,
cuộc cách mạng về năng lượng động lực bùng nổ và dẫn đến cuộc cách mạng công nghiệp.
Hơn nữa, với kỹ thuật của động cơ đốt trong và sử dụng điện ở thế kỷ 19, nhiều phát minh có
tính bước ngoặt đã ra đời, đẩy mạnh sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tạo ra một xã hội phong
phú và tiện lợi như ngày nay.

Hiện tại, ở các nước phát triển tiên tiến, tiêu thụ năng lượng bình quân trên đầu người cao hơn 50
lần so với xã hội cổ đại và cao hơn 10 lần so với thời điểm trước cuộc cách mạng công nghiệp.
Thế nhưng từ giữa thế kỷ 20, nhu cầu sử dụng năng lượng tăng lên một cách nhanh chóng, đây là
nguyên nhân khiến chúng ta không thể thờ ơ với vấn đề ô nhiễm môi trường trái đất. Hơn nữa,
dân số tăng lên càng làm tăng thêm lo lắng về sự cạn kiệt của tài nguyên năng lượng. Để duy trì
cuộc sống văn minh của mình, con người cần sử dụng năng lượng, nhưng đã đến lúc chúng ta
cần phải xem xét lại mối quan hệ giữa năng lượng và môi trường.
IV. Trên quan điểm bảo đảm nguồn năng lượng, tại sao năng lượng
nguyên tử là cần thiết?
Năng lượng đang sử dụng trên thế giới hiện nay nếu quy ra dầu là gần 8, 5 tỷ tấn, trong đó 40%
là dầu, than khoảng 26% và khí thiên nhiên khoảng 24%. Lượng tiêu thụ năng lượng khác nhau
tuỳ theo mỗi quốc gia. Ở các nước đang phát triển, cũng có nhiều nước mà lượng tiêu thụ năng
lượng bình quân trên đầu người thấp hơn 1/10 so với ở các nước phát triển. Nhưng sự gia tăng
dân số và tăng trưởng kinh tế của các nước đang phát triển làm người ta dự báo rằng trong thời
gian tới nhu cầu năng lượng của thế giới tăng lên sẽ tập trung chủ yếu ở các quốc gia đang phát
triển. Tổng dân số thế giới năm 1996 vào khoảng 5, 8 tỷ người, nhưng được dự báo đến năm
2025 là 8 tỷ và sẽ đạt tới 9, 8 tỷ vào năm 2050, trong đó dân số của các nước đang phát triển sẽ
chiếm khoảng 80%. Giả sử, tiêu thụ năng lượng của các nước đang phát triển sẽ tăng gấp 2 lần
so với hiện nay thì chúng ta sẽ phải đối mặt với một thời kỳ rất khó khăn trong việc đáp ứng
cung và cầu của năng lượng hoá thạch mà chủ yếu là dầu mỏ dễ sử dụng. Và rồi nguồn tài
nguyên có hạn này đến một ngày nào đó sẽ rơi vào tình trạng cạn kiệt. Dạng năng lượng thay thế
cho nhiên liệu hoá thạch là năng lượng mặt trời và năng lượng từ sức gió. Các dạng năng
lượng mới này cần phải phát triển, khai thác để sử dụng. Tuy nhiên do giá thành cao và cần một
diện tích lớn nên các dạng năng lượng này chỉ cung cấp được 10% trong tổng số năng lượng cần
thiết. Chính vì vậy, năng lượng mà nhân loại có thể sử dụng lâu dài trong thời gian tới phải dựa
vào năng lượng nguyên tử. Năng lượng nguyên tử là năng lượng phát sinh do sự phân hạch của
Uranium, là món quà quý giá mà thiên nhiên tặng cho con người. Chúng ta phải sử dụng món
quà này vào mục đích hoà bình, an toàn và cần coi đó như một nguồn năng lượng quý giá. Đặc
trưng thứ nhất của năng lượng nguyên tử là nguồn năng lượng sạch, không phát thải CO
2

, SO
2
,
NO
2
gây ô nhiễm không khí. Các nước cung cấp Uranium, nhiên liệu cho điện nguyên tử chủ yếu
là Canada, Australia đều là những nước có tình hình chính trị ổn định và có thể cung cấp ổn định.
V. Các dạng năng lượng nguyên tử
I. Năng lượng mặt trời
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 3,827×10
26
joule.
1. Trên Trái Đất
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.
2. Tận thu
Một phòng giặt ở Canada hoạt động nhờ năng lượng Mặt Trời thu bởi các tấm 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 cũng
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.
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 cũng 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.
Năng lượng Mặt Trời cũng 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.
a. Kỹ thuật nước nóng năng lượng mặt trời
Để sử dụng nước nóng năng lượng mặt trời, một là thu fastened đến mái nhà của một tòa nhà,
hay trên một mặt tường, mặt trời. Trong một số trường hợp, thu có thể được miễn phí-đứng. Các
chất lỏng có thể bơm (hoạt động hệ thống), hoặc định hướng của tự nhiên (thụ hệ thống) thông
qua nó.
Việc thu có thể được làm bằng thủy tinh đơn giản, kêu gọi nhiệt hộp với một căn hộ absorber
năng lượng mặt trời làm bằng tấm kim loại gắn vào ống đồng và sơn màu đen, hoặc một bộ các
ống kim loại bao quanh bởi một di tản (gần chân không) kính cylinder. Trong một số trường hợp,
trước khi được hấp thu năng lượng mặt trời, một parabolic gương được sử dụng để tập trung ánh
sáng mặt trời trên ống. Một số hệ thống có khả năng chuyển đổi ánh sáng để sưởi ấm và do đó
không được tin về nhiệt độ bên ngoài.
Một đơn giản, hệ thống sưởi ấm nước sẽ bơm nước lạnh để thu được một nước nóng, nước nóng
cho nước chảy lại về một bộ sưu tập bể. Điều này loại thu có thể cung cấp đủ nước nóng cho
toàn bộ một gia đình.
Đun nóng được lưu giữ trong một bồn chứa nước nóng. Các khối lượng này sẽ được bể lớn hơn
năng lượng mặt trời với các hệ thống sưởi ấm, để cho phép có thời tiết xấu, và vì cuối cùng, nhiệt
độ tối ưu cho các absorber thấp hơn một điển hình.
Làm việc cho các absorber chất lỏng có thể là nước nóng từ bồn chứa, nhưng thường là một vòng
lặp riêng biệt của chất lỏng có chứa chống đông và một corrosion inhibitor mà cung cấp nhiệt
vào bể thông qua một nhiệt eXchanger. Một thấp hơn và bảo trì khái niệm là 'drain-back': không
có chống đông được yêu cầu, thay vì tất cả các piping là sloped nước gây ra cho ráo nước quay
trở lại bể. Các bồn chứa không phải là áp suất cao và được mở cho không khí áp lực. Ngay sau
khi bơm nước dong, luồng reverses và ống trống rỗng, của thời gian khi đông có thể xảy ra.
Khi một nước nóng năng lượng mặt trời và nước nóng trung tâm hệ thống sưởi ấm được sử dụng
trong cùng, hơi nóng năng lượng mặt trời, hoặc sẽ được tập trung trong một bồn chứa trước khi
sưởi ấm cho các nguồn cấp dữ liệu vào các bồn chứa nước nóng của các trung tâm sưởi ấm, hoặc
eXchanger nóng năng lượng mặt trời sẽ được thấp hơn trong các bể hơn một nóng hơn. Tuy
nhiên, chính cần thiết cho các trung tâm được sưởi ấm vào ban đêm khi không có ánh sáng mặt
trời và năng lượng mặt trời vào mùa đông khi đạt được là

thấp hơn. Vì vậy, nước năng lượng mặt trời để sưởi ấm và tắm rửa thường xuyên là một ứng
dụng tốt hơn trung tâm sưởi ấm hơn bởi vì cung và cầu là phù hợp tốt hơn.
Các nước từ thu có thể tiếp cận rất cao, nhiệt độ trong nắng tốt, hoặc nếu máy bơm không phải là
thành công. Nên thiết kế cho phép của các áp lực và vượt quá nhiệt thông qua một biến nhiệt.
b. Tàu chạy bằng năng lượng mặt trời:
Nó chạy chậm và chỉ đi được một đoạn ngắn, nhưng tàu Serpentine Solar Shuttle là tàu chở
khách chạy bằng năng lượng mặt trời tiên tiến nhất hiện nay.
Tập hợp điểm lượng tử (tinh thể nano) silicon.
Mỗi điểm có đường kính 7 nm và chứa 50 – 70 nguyên tử silicon
Chiếc tàu chạy bằng năng lượng mặt trời của Anh ra mắt ngày 18/7 tại Hyde Park, London. Các
nhà phát triển con tàu hi vọng nó sẽ mở cửa tương lai cho việc vận chuyển bằng năng lượng mặt
trời. Tàu Serpentine Solar Shuttle - chạy hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời - có tốc độ
8km/giờ, và chở được 42 hành khách. “Đây là con tàu có công nghệ tiên tiến nhất trên thế giới
vào thời điểm này” – nhà thiết kế Christoph Behling, người thiết kế con tàu chạy bằng năng
lượng mặt trời lớn nhất thế giới tại Hamburg, Đức, nói. “Được làm hoàn toàn từ thép không rỉ,
điều này có nghĩa, con tàu sẽ không bao giờ bị cũ. Nó mở đường cho tàu thuỷ, tàu hoả và các
phương tiện giao thông khác trong tương lai” – ông Behling nói.
Con tàu dài 14,6m, có 27 tấm bảng thu nhiệt nằm ở phần mái. Hành trình dài nhất mà nó có
thể đi là 131 km. Con tàu hầu như không thải ra khí ô nhiễm nào trong suốt hành trình bởi nó có
hai động cơ tĩnh - điều này có nghĩa nó không phát thải khí carbon.
Thậm chí trong đêm tối, những ngày mưa, vẫn đủ năng lượng mặt trời giúp tàu chạy.
Khi con tàu không hoạt động, điện năng thừa sinh ra bởi các tấm bảng hấp thu ánh nắng mặt trời
sẽ được cung cấp trở lại mạng truyền dẫn quốc gia.
Chi phí xây dựng tàu Serpentine Solar Shuttle lên tới 421.000 USD – hơn 20% so với chi phí xây
dựng một con tàu chạy bằng diesel cùng kích cỡ.
c. Sử dụng nhiệt năng của ánh sáng mặt trời.
Sử dụng nhiệt năng của mặt trời đã được con người biết đến từ rất lâu nhằm phục vụ cho nhu cầu
sinh hoạt hằng ngày. Hiện nay có 2 cách cơ bản để thu và sử dụng nhiệt năng của mặt trời đó là
sử dụng hệ thống các dụng cụ quang học để hội tụ ánh sáng và sử dụng các tấm panel mặt trời có
hệ thống các ống nhỏ bên trong. Sử dụng hệ thống các dụng cụ quang học:

Sử dụng các dụng cụ quang học như hệ thống các chảo parabol hội tụ ánh sáng, các thấu kính hội
tụ, các tấm phản chiếu… Nhiệt thu được từ các hệ thống quang học sẽ được truyền dẫn đến nơi
sử dụng bằng một hệ thống các sợi cáp dẫn nhiệt và giữ nhiệt tốt, thông thường là các sợi cáp
thủy tinh.

4. Kinh tế
Trong nang, các địa điểm nóng, nơi đông bảo vệ là không cần thiết, một loạt loại đun nước nóng
năng lượng mặt trời có thể là cực kỳ hiệu quả về chi phí. Trong latitudes cao hơn, có thường
xuyên bổ sung thiết kế cho các yêu cầu của thời tiết lạnh, mà thêm vào hệ thống phức tạp. Điều
này đã ảnh hưởng của tăng chi phí ban đầu (nhưng không phải là cuộc sống-chu kỳ chi phí) của
một hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời, đến một cấp độ cao hơn nhiều so với một tương
đun nước nóng của các loại. Khi tính tổng chi phí để sở hữu và vận hành, phân tích hợp lý sẽ
xem xét rằng năng lượng mặt trời là miễn phí, vì vậy rất nhiều trong việc giảm chi phí vận hành,
trong khi các nguồn năng lượng khác, chẳng hạn như khí đốt và điện, có thể khá đắt tiền theo
thời gian. Vì vậy, khi các chi phí ban đầu của một hệ thống năng lượng mặt trời được tài trợ và
so với chi phí năng lượng, sau đó trong nhiều trường hợp, tổng số hàng tháng chi phí năng lượng
mặt trời nóng có thể ít hơn ước khác hơn các loại nước nóng nóng (và cũng có thể kết hợp với
một hiện tại đun nước nóng). Tại cao hơn latitudes, nóng năng lượng mặt trời có thể là do chưa
có hiệu quả thấp hơn năng lượng mặt trời, có thể yêu cầu hệ thống sưởi ấm đôi. Ngoài ra, chính
phủ liên bang và địa phương có thể được ưu đãi đáng kể.
Năng lượng mặt trời cho thuê bây giờ đã có tại Tây Ban Nha cho các hệ thống nước nóng năng
lượng mặt trời từ Pretasol [Solar Leasing Pretasol] với một điển hình của hệ thống chi phí
khoảng 59 euro và lên đến 99 euro mỗi tháng cho một hệ thống có thể cung cấp đủ nước nóng
cho một gia đình điển hình của nhà sáu người. Các payback sẽ là khoảng thời gian năm năm.
Tại Úc, chi phí trung bình cho một hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời được cài đặt đầy đủ
là giữa $ 1.800 và $ 2.800. Đây là sau khi bồi hoàn thuế một số tiểu bang bồi hoàn và Renewable
Energy chứng nhận. Theo Sở Tài nguyên Môi trường và nước, hàng năm tiết kiệm điện được
giữa $ 300 và $ 700. Điều này sẽ đem lại payback vào khoảng thời gian dưới 2 tuổi hay nhất
trong các trường hợp và dưới 10 năm trong trường hợp xấu nhất. Là dễ dàng Xanh đã có một
chương trình có sẵn, nơi người tiêu dùng có thể thu được một hệ thống miễn phí (có bồi hoàn của

chính phủ) chưa bao gồm chi phí cài đặt.
II. Năng lượng gió
Tuốc bin gió tại Tây Ban Nha
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất. Năng
lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Sử dụng năng lượng gió là một
trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời kỳ
Cổ đại.
1. Sự hình thành năng lượng gió
Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và
không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không
nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo
nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà
không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của
Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí
và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi
quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa.

Bản đồ vận tốc gió theo mùa
Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo
thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên
không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp
không chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán
cầu và Nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng
áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ. Trên
Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại.
Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa phương.
Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên
khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội
đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại.
2. Vật lý học về năng lượng gió

Năng lượng gió là động năng của không khí chuyển động với vận tốc v. Khối lượng đi qua một
mặt phẳng hình tròn vuông góc với chiều gió trong thời gian t là:
với ρ là tỷ trọng của không khí, V là thể tích khối
lương không khí đi qua mặt cắt ngang hình tròn diện tích A, bán kinh r trong thời gian t.
Vì thế động năng E (kin) và công suất P của gió là:
Điều đáng chú ý là công suất gió tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió và vì thế vận tốc gió là một
trong những yếu tố quyết định khi muốn sử dụng năng lượng gió.
Công suất gió có thể được sử dụng, thí dụ như thông qua một tuốc bin gió để phát điện, nhỏ hơn
rất nhiều so với năng lượng của luồng gió vì vận tốc của gió ở phía sau một tuốc bin không thể
giảm xuống bằng không. Trên lý thuyết chỉ có thể lấy tối đa là 59,3% năng lượng tồn tại trong
luồng gió. Trị giá của tỷ lệ giữa công suất lấy ra được từ gió và công suất tồn tại trong gió được
gọi là hệ số Betz (xem Định luật Betz), do Albert Betz tìm ra vào năm 1926.
Có thể giải thích một cách dễ hiểu như sau: Khi năng lượng được lấy ra khỏi luồng gió, gió sẽ
chậm lại. Nhưng vì khối lượng dòng chảy không khí đi vào và ra một tuốc bin gió phải không
đổi nên luồng gió đi ra với vận tốc chậm hơn phải mở rộng tiết diện mặt cắt ngang. Chính vì lý
do này mà biến đổi hoàn toàn năng lượng gió thành năng lượng quay thông qua một tuốc bin gió
là điều không thể được. Trường hợp này đồng nghĩa với việc là lượng không khí phía sau một
tuốc bin gió phải đứng yên.
3. Sử dụng năng lượng gió
Cối xay gió
Năng lượng gió đã được sử dụng từ hằng trăm năm nay. Con người đã dùng năng lượng gió để di
chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngoài ra năng lượng gió còn được sử dụng để tạo công
cơ học nhờ vào các cối xay gió.
Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy
phát điện. Lúc đầu nguyên tắc của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi
động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện.
Khi bộ môn cơ học dòng chảy tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các
cánh quạt cũng được chế tạo đặc biệt hơn. Ngày nay người ta gọi đó tuốc bin gió, khái niệm cối
xay gió không còn phù hợp nữa vì chúng không còn có thiết bị nghiền. Từ sau những cuộc khủng
hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được

đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tuốc bin gió hiện đại.
Ngày nay năng lượng gió được đa dạng trong sử dụng
Chiếc ô tô chạy bằng năng lượng gió đầu tiên trên thế giới đã ra mắt tại Sydney ngày 14-2. Chiếc
xe có tên Wind Explorer (ảnh), đã đến Sydney sau khi hoàn thành quãng đường dài hơn 5.000km
trong 3 tuần, từ TP Perth đi qua TP Adelaide và TP Melbourne với chi phí là 16 USD. Chiếc xe
là nguyên mẫu được thiết kế bởi Dirk Gion và Stefan Simmer trong khoảng 6 tháng ở Đức.
-Động năng của gió được chuyển thành cơ năng như trong cối xay gió (wind mill) , hay điện
năng bằng turbin-gió (wind turbine ).
-Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và
máy phát điện.
Mỗi cơ sở phát điện bằng sức gió, được gọi là trại gió (wind farm )tập trung hang trăm đến hang
ngàn turbines, Dòng điện sản xuất ra có công suất tổng hợp đủ mạnh để đưa vào lưới , nghĩa là
hệ thống mạng kết hợp giữa nhiều nhà máy điện , đường dây tải điện và đường dây phân phối
đến tất cả các nơi sử dụng.
4.Bơm nước dùng sức gió
Một trong những ứng dụng sức gió trong sản xuất là sử dụng trực tiếp năng lượng cơ học
của turbin để chạy bơm nước. Trường hợp này người ta gọi là động cơ gió. Hình 1 giới thiệu sơ
đồ hoạt động của một động cơ gió trục ngang nhiều cánh quay để kéo bơm nước. Hệ thống bơm
nước dùng sức gió kiểu này có thể đưa nước lên cao 100m.
Động cơ nước được thiết kế phải đạt được các yêu cầu
sau:
Khởi động và bắt đầu làm việc ở vận tốc 2m/s.
Làm việc với hiệu suất cao ở tốc độ gió 2,5 - 3m.
Tự động định hướng theo chiều gió và hạn chế số
vòng quay khi gió quá mạnh, có bộ phận tự đóng mở
an toàn khi có gió bão lớn.
Đạt dược hiệu suất tương đối cao, kích thước gọn nhẹ,
kết cấu đơn giản, giá thành hạ.
Nguyên lý làm việc của máy bơm chạy bằng sức gió
như sau: chuyển động quay của turbin gió 1 được biến thành

chuyển động tịnh tiến của thanh truyền 4 nhờ cơ cấu biên
tay quay, qua cần bẩy 5, thanh nối 6 đến piston 7. Để đảm
bảo việc tư động định hướng theo chiều gió, turbin dược
đặt trên hai ổ đỡ bi côn và có thể quay tự do, ống trong của
ổ đỡ dược bố trí con trượt và cơ cấu tay quay con trượt.
Hình 1. Máy bơm nước piston
chạy bằng sức gió
1. Turbin gió; 2. Trục; 3. Tay quay;
4. Thanh truyền; 5. Đòn bẩy; 6. Thanh
nối; 7. Piston; 8. Cột đỡ
Có thể tham khảo các thông số kĩ thuật của một hệ thống bơm nước chạy bằng sức gió đã
được đo đạc, kiểm tra đánh giá theo kết quả tính toán lý thuyết dưới đây:
− Đường kính turbin: 3,3m
− Tỷ số giữa tốc độ quay đầu cánh quạt và tốc độ gió: 1,3
− Chiều cao cột đỡ : 3,5m
− Khối lượng turbin: 150kg.
Nhờ có cơ cấu tự động nên hạn chế được tốc độ quay, đảm bảo động cơ làm việc an toàn.
Khi tốc độ gió lớn hơn 7 m/s, cánh hướng gió sẽ chuyển động lệch đi một góc nào đó để hạn chế
tốc độ quay của turbin. Khi tốc độ gió nhỏ hơn 7 m/s cánh hướng gió nằm vuông góc với hướng
gió. Khi có gió bão lớn hơn 14 m/s thì turbin ngừng quay. Máy còn được thiết kế tời quay chủ
động ngừng hoạt động khi dông bão.
5. Sản xuất điện từ năng lượng gió
Vì gió không thổi đều đặn nên năng lượng điện phát sinh từ các tuốc bin gió chỉ có thể được sử
dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để cung cấp năng lượng liên tục. Tại châu
Âu, các tuốc bin gió được nối mạng toàn châu Âu, nhờ vào đó mà việc sản xuất điện có thể được
điều hòa một phần. Một khả năng khác là sử dụng các nhà máy phát điện có bơm trữ để bơm
nước vào các bồn chứa ở trên cao và dùng nước để vận hành tuốc bin khi không đủ gió. Xây
dựng các nhà máy điện có bơm trữ này là một tác động lớn vào thiên nhiên vì phải xây chúng
trên các đỉnh núi cao.
Mặt khác vì có ánh sáng Mặt Trời nên gió thổi vào ban ngày thường mạnh hơn vào đêm và vì

vậy mà thích ứng một cách tự nhiên với nhu cầu năng lượng nhiều hơn vào ban ngày. Công suất
dự trữ phụ thuộc vào độ chính xác của dự báo gió, khả năng điều chỉnh của mạng lưới và nhu
cầu dùng điện. (Đọc thêm thông tin trong bài tuốc bin gió).
Nếu cộng tất cả các chi phí bên ngoài (kể cả các tác hại đến môi trường thí dụ như vì thải các
chất độc hại) thì năng lượng gió bên cạnh sức nước là một trong những nguồn năng lượng rẻ tiền
nhất
6. Khuyến khích sử dụng năng lượng gió
Turbin gió tại bờ biển Đan Mạch Trang tại Turbin gió tại Đức
Phát triển năng lượng gió được tài trợ tại nhiều nước không phụ thuộc vào đường lối chính trị,
thí dụ như thông qua việc hoàn trả thuế (PTC tại Hoa Kỳ), các mô hình hạn ngạch hay đấu thầu
(thí dụ như tại Anh, Ý) hay thông qua các hệ thống giá tối thiểu (thí dụ như Đức, Tây Ban Nha,
Áo, Pháp, Bồ Đào Nha, Hy lạp). Hệ thống giá tối thiểu ngày càng phổ biến và đã đạt được một
giá điện bình quân thấp hơn trước, khi công suất các nhà máy lắp đặt cao hơn.
Trên nhiều thị trường điện, năng lượng gió phải cạnh tranh với các nhà máy điện mà một phần
đáng kể đã được khấu hao toàn bộ từ lâu, bên cạnh đó công nghệ này còn tương đối mới. Vì thế
mà tại Đức có đền bù giá giảm dần theo thời gian từ những nhà cung cấp năng lượng thông
thường dưới hình thức Luật năng lượng tái sinh, tạo điều kiện cho ngành công nghiệp trẻ này
phát triển. Bộ luật này quy định giá tối thiểu mà các doanh nghiệp vận hành lưới điện phải trả
cho các nhà máy sản xuất điện từ năng lượng tái sinh. Mức giá được ấn định giảm dần theo thời
gian. Ngược với việc trợ giá (thí dụ như cho than đá Đức) việc khuyến khích này không xuất
phát từ tiền thuế, các doanh nghiệp vận hành lưới điện có trách nhiệm phải mua với một giá cao
hơn.
Bên cạnh việc phá hoại phong cảnh tự nhiên những người chống năng lượng gió cũng đưa ra
thêm các lý do khác như thiếu khả năng trữ năng lượng và chi phí cao hơn trong việc mở rộng
mạng lưới tải điện cũng như cho năng lượng điều chỉnh.
7 Năng lượng gió trong mối quan hệ với môi trường:
Những lợi ích về môi trường và xã hội của điện gió
Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt
xã hội. Để xây dựng một nhà máy thủy điện lớn cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng các rủi ro có thể
xảy ra với đập nước. Ngoài ra, việc di dân cũng như việc mất các vùng đất canh tác truyền thống

sẽ đặt gánh nặng lên vai những người dân xung quanh khu vực đặt nhà máy, và đây cũng là bài
toán khó đối với các nhà hoạch định chính sách. Hơn nữa, các khu vực để có thể quy hoạch các
đập nước tại Việt Nam cũng không còn nhiều.
Song hành với các nhà máy điện hạt nhân là nguy cơ gây ảnh hưởng lâu dài đến cuộc sống của
người dân xung quanh nhà máy. Các bài học về rò rỉ hạt nhân cộng thêm chi phí đầu tư cho công
nghệ, kĩ thuật quá lớn khiến càng ngày càng có nhiều sự ngần ngại khi sử dụng loại năng lượng
này.
Các nhà máy điện chạy nhiên liệu hóa thạch thì luôn là những thủ phạm gây ô nhiễm nặng nề,
ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe người dân. Hơn thế nguồn nhiên liệu này kém ổn
định và giá có xu thế ngày một tăng cao.
Khi tính đầy đủ cả các chi phí ngoài – là những chi phí phát sinh bên cạnh những chi phí sản
xuất truyền thống, thì lợi ích của việc sử dụng năng lượng gió càng trở nên rõ rệt. So với các
nguồn năng lượng gây ô nhiễm (ví dụ như ở nhà máy nhiệt điện Ninh Bình) hay phải di dời quy
mô lớn (các nhà máy thủy điện lớn), khi sử dụng năng lượng gió, người dân không phải chịu
thiệt hại do thất thu hoa mầu hay tái định cư, và họ cũng không phải chịu thêm chi phí y tế và
chăm sóc sức khỏe do ô nhiễm.
Ngoài ra với đặc trưng phân tán và nằm sát khu dân cư, năng lượng gió giúp tiết kiệm chi phí
truyền tải. Hơn nữa, việc phát triển năng lượng gió ở cần một lực lượng lao động là các kỹ sư kỹ
thuật vận hành và giám sát lớn hơn các loại hình khác, vì vậy giúp tạo thêm nhiều việc làm với
kỹ năng cao.
Tại các nước Châu Âu, các nhà máy điện gió không cần đầu tư vào đất đai để xây dựng các trạm
tourbin mà thuê ngay đất của nông dân. Giá thuê đất (khoảng 20% giá thành vận hành thường
xuyên) giúp mang lại một nguồn thu nhập ổn định cho nông dân, trong khi diện tích canh tác bị
ảnh hưởng không nhiều.
Cuối cùng, năng lượng gió giúp đa dạng hóa các nguồn năng lượng, là một điều kiện quan trọng
để tránh phụ thuộc vào một hay một số ít nguồn năng lượng chủ yếu; và chính điều này giúp
phân tán rủi ro và tăng cường an ninh năng lượng.
B. Ứng dụng trong kĩ thuật và trong đời sống của định luật bảo toàn Động lượng
I. Động lượng
1. Động lượng tịnh tiến (thường gọi là động lượng hay xung lượng) của một vật là đại lượng vật

lý đặc trưng cho sự truyền tương tác giữa vật đó với các vật khác. Đây là một đại lượng quan
trọng trong việc nghiên cứu tương tác giữa các vật.
Đại lượng này bằng tích của khối lượng và vận tốc. Do vậy thứ nguyên của động lượng là thứ
nguyên khối lượng nhân với thứ nguyên vận tốc. Biểu thức :
vmP


.=
Trong SI, động lượng có
đơn vị kg.m/s.
Đại lượng có ý nghĩa vật lý tương tự như động lượng áp dụng cho chuyển động quay của các vật
là mômen động lượng.
2. Định luật bảo toàn động lượng
Có thể suy ra trực tiếp từ định luật 2 Newton một hệ quả: khi tổng các ngoại lực tác động vào hệ
các vật bằng không thì biến thiên động lượng của hệ cũng bằng không.
Đây chính là nội dung Định luật bảo toàn động lượng. Cụ thể, định luật này có thể phát biểu:
"tổng động lượng (đối với hệ quy chiếu quán tính) của một hệ các vật không thay đổi nếu hệ đó
không tương tác với bên ngoài (tức là tổng ngoại lực bằng không)".
Hệ kín: Là hệ vật chỉ tương tác với nhau, không tương tác với các vật ngoài hệ.
Vectơ động lượng toàn phần của hệ kín được bảo toàn
- Biểu thức :
'
PP

=

'
2
'
121

PPPP

+=+⇒

'
22
'
112211
vmvmvmvm

+=+⇒