باد چگونه تشکیل می‌شود؟ علوم پایه هفتم
باد در اثر حرکت هوا و گرم شدن سطح زمین به وجود می‌آید، به این صورت که هوا از قسمت های پرفشار به سمت قسمت های کم فشار جریان پیدا کرده و پدیده باد ایجاد می شود.
بشر از هزاران سال پیش از انرژی باد استفاده میکرد و همیشه به دنبال راهی برای بهره‌گیری از نیروی طبیعت بود. انسان‌ها با مهارکردن باد توانسته‌اند در موارد زیادی از این انرژی خدادادی بهره ببرند. کشتی‌های بادبانی، آسیاب‌های بادی، ژنراتورهای بادی نمونه‌هایی در این زمینه اند.
جاذبه زمین جاذبه زمین باعث ایجاد فشار متعادل در اتمسفر و جلوگیری از فرار توده‌های هوا در اثر نیروی گریز از مرکز می‌شود و برآیند نیرو‌ها را متعادل می‌کند. با این وجود در سطح زمین کوه‌ها و موانع دیگر وجود دارند که این تعادل را مختل کرده و باعث تغییر در وزش باد می‌شوند.
در واقع دلیل وزش باد تفاوت میزان تابش خورشید به قسمت های مختلف زمین است. هوای گرم معمولا فشار کمتری دارد و هوای سرد دارای فشار بیشتری است. پس میزان فشار هوای سرد و هوای گرم باعث ورزش باد می شود.
باد چگونه ایجاد می‌شود؟
حرکت هوا بر روی سطح زمین، سبب می‌شود که هوای گرم به بالا صعود کند و جایگزین هوای سرد شود. شدت وزش آنها به تغییرات فشار هوا و درجه حرارت بستگی دارد.
بادها از جهتی که می‌وزند، نامگذاری شده‌اند. برای مثال، باد جنوبی، به طرف شمال حرکت می‌کند و بادی که از دریا می‌وزد، نسیم دریا نامیده می‌شود. ابزارهایی مانند بادسنج و بادنما برای اندازه‌گیری نیرو و جهت باد استفاده می‌شوند. بادنما جهت حرکت باد و میزان سرعت باد را نشان می‌دهد.
به‌طور کلی‌تر، به حرکت گاز در اتمسفر باد گفته می‌شود؛ بادها عموماً براساس درجۀ قدرت، سرعت، نوع نیرویی که موجب به وجود آمدن آنها می شود و محل جغرافیایی که رخ می‌دهند دسته‌بندی می‌شوند. بادها معمولاً در قارهٔ آسیا اتفاق می‌افتد زیرا وسعت این قاره زیاد بوده و در وسط آن دریایی وجود ندارد، در نتیجه زمستانی بسیار سرد و تابستانی بسیار گرم دارد.
تاریخچه‌ی استفاده از انرژی باد
چینی‌ها ۲۰۰ سال قبل از میلاد مسیح از انرژی باد برای انتقال آب استفاده می‌کردند. در قرن ۱۱ مردم خاورمیانه از آسیاب بادی برای تولید آرد و پخت غذا استفاده می کردند. بعد ها هلندی ها از این آسیاب ها به عنوان ابزاری برای تخلیه آب دریاچه ها و مرداب ها بهره بردند.
در قرن ۱۹ از آسیب های بادی برای تامین آب مورد نیاز کشاورزی و دامپروری و بعد از آن برای تولید برق استفاده شد. علاوه بر این از آسیاب های بادی برای برش چوب در کارخانه های چوب بری نیز استفاده شده است. همچنین اختراع قایق‌های بادبانی و استفاده از انرژی باد برای حرکت، تسخیر دریاها توسط انسان‌ها را به دنبال داشت.
با انقلاب صنعتی و ظهور نفت و زغال سنگ، انرژی باد به فراموشی سپرده شد تا اینکه در دهه ۱۹۷۰ با به وجود آمدن مشکلات کمبود نفت، مجددا منابع مصرفی انرژی به سمت انرژی های تجدیدپذیر سوق یافت و در این راستا مجددا آسیاب های بادی مدنظر قرار گرفتند.
آسیاب های بادی قدیمی تغییر شکل داده و به فرم توربین های بادی امروزی در آمدند. با استفاده از این توربین ها بشر انرژی جنبشی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل کرد. با پیشرفت علم، توان خروجی و ابعاد توربین های بادی تغییر کردند.
آسیاب بادی هزار ساله در شمال شرق ایران
منطقه‌ی روستایی نشتیفان در شمال شرق ایران بسیار بادخیز است. دیواری در بالای این روستا نصب شده که انرژی باد را مهار کرده و زندگی را برای اهالی روستا ساده‌تر می‌کرده است. نبوغ ایرانی در هزار و سیصد سال پیش منجر به نصب آسیاب‌های بادی از مصالح اولیه مانند چوب روی این دیوار شده است که بعد از هزار سال هنوز به کار خود ادامه می‌دهد.
منجیل شهر توربین‌های بادی در ایران که منطقه‌ای به شدت باد خیز است. همین امر باعث شده که چندین نیروگاه بادی برای تولید برق در این شهر ساخته شود.
نیروگاه‌های بادی درواقع مراکز تولید انرژی هستند که در آنها به جای استفاده از سوخت‌های فسیلی از نیروی باد استفاده می‌شود. از این رو بسیار حایز اهمیت هستند.
ظرفیت انرژی باد در ایران کشور ایران، پتانسیل بسیاری برای بهره‌برداری از انرژی باد دارد. پتانسیل ایران برای استفاده از انرژی باد بیش از صد هزار مگاوات (۱۰۰ گیگا‌وات) برآورد شده است. برای اینکه بتوان از منابع باد موجود جهت تولید برق استفاده نمود، وجود اطلاعات باد قابل اعتماد در خصوص پتانسیل باد منطقه مورد نظر جهت احداث نیروگاه بادی ضروری است.
در ایران با توجه به وجود مناطق بادخیز، بستر مناسبی جهت گسترش بهره برداری از توربین های بادی فراهم می باشد. رقابت انرژی باد با سوخت‌های فسیلی در حال حاضر نیروگاه‌های حرارتی مخصوصاً در کشور نفت خیز ایران مقرون‌به‌صرفه‌تر از مزرعه‌های بادی هستند. اما با توجه به مضرات زیست محیطی و رو به اتمام بودن منابع سوخت فسیلی حتی برای ایران نیز، استفاده از انرژی باد ضروری و لازم است.
انواع باد
– بادهای موسمی : به بادهایی که در فصول متضاد سال با جهات مخالف می وزند موسمی ها گفته می شود. این بادها در زمستان، به صورت جریان سردی از خشکی به دریا و در تابستان به صورت جریان هوای مرطوب و گرمی از دریا به خشکی می وزند.بیشتر بخوانید:
چرا کیسه‌های پلاستیکی تهیه شده از مواد بازیافتی را ضخیم درست می‌کنند؟در تابستان ها، قاره آسیا گرم شده و به علت تشکیل کم فشارهای حرارتی گسترده در خلیج فارس و آسیای مرکز و دشت راجستان هند، از اقیانوس هند و آرام بادهایی به جهت این مراکز کشیده می شوند این شرایط همزمان با استرالیا و توأم با تشکیل یک آنتی سیلکون در روی آن می باشد که بادهای خروجی از آن، ضمن عبور از استوا با جهت جنوب غربی به جهت آسیا کشیده می شوند و موسمی های تابستانی در آسیا را بوجود می آورند.
– بادهای آلیزه یا تجاری : این بادها در نیمکره های شمالی و جنوبی به ترتیب از شمال شرقی به جنوب غربی و از جنوب شرقی به شمال غربی می وزند. این بادها در بین منطقه پرفشار جنب حاره و همگرایی میان حاره ایی در بخش اعظمی از این مناطق در تمام طول سال می وزد و با ثبات ترین بادهای کره زمین هستند.
در نیمکره جنوبی به علت مداومت فشار زیاد جنب حاره، بادهای تجارتی به طور منظم وزیده و طوقه ایی را تشکیل می دهند. از این رو تجارتی های سطحی در نیمکره شمالی حالات منظم تر و قویتری دارنده وسعت نفوذ کمربند تجارتی ها در نیمکره شمالی در حدود 2500 کیلومتر و در نیمکره جنوبی در حدود 3000 کیلومتر است. در سطح فوقانی کمربند حاره در حدود 10 کیلومتری از سطح زمین، بادهایی با جهت مخالف تجارتی ها می خورند، که آنها را آنتی ترید (ضد تجارتی) می گویند.
– بادهای محلی : این بادها منطقه کوچکی را در برگرفته و معمولاً منحصر به لایه های بسیار پایین اتمسفر است.
– بادهای غربی : این بادها از نظر جهت و استمرار دارای خصوصیات متغیرند در سرعت و جهت حرکت آنها جریانات موجی بویژه سیلکون های سیار و آنتی سیلکون هایی که در منطقه نفوذ این بادها از غرب به شرق حرکت می کنند اثر عمده ای دارند از اینرو ممکن است بادهای مذکور ضمن وزش از غرب به شرق خصوصیات طوفانی هم داشته باشند در زمستان های نیمکره شمالی توسعه آنتی سیلکون های قاره ایی و بعضاً حتی سیکلون ها از توسعه بارز بادهای غربی ممانعت به عمل آورده و بدین جهت بادهای مزبور به نحو بارزی بر روی اقیانوس ها توسعه می یابند ولی چون در عرض های میانه نیمکره جنوبی، شرایط قاره ایی تقریباً حاکمیتی ندارد. بادهای غربی هم تقریباً حالت کمربند جهانی بخود گرفته اند.
– نسیم دریا و خشکی : این بادها حاصل تفاوت روزانه درجه حرارت بین دریاها و خشکی ها است. به هنگام روز، میزان فشار هوای دریاها در مقایسه با خشکی های همجوار به علت پایین بودن نسبی درجه حرارت بیشتر است از این رو جریان هوایی از طرف دریا به طرف خشکی برقرار می شود و شب هنگام خشکی ها سرد شده و به علت افزایش فشار هوای سطوح آنها جریان بادی از خشکی به سوی دریا می وزد.
– بادهای کوه و دره : این بادها در اتمسفر آزاد، در نتیجه تفاوت گرمای حاصله بین دره ها و دشت ها که منجر به اختلاف فشار بین نواحی یاد شده می شود، بوجود می آیند.
– باد فون : باد گرم و خشکی است که در سمت پشت به باد یک پشته کوهستانی بروز می کند و این نام منشاء خود را از آلپ گرفته است. زمانی که هوای نسبتاً مرطوبی بر پشته کوهی صعود می کند سرد شده، تراکم حاصل از این امر به صورت بارندگی در جهت رو به باد ظاهر می شود و چنانچه در ارتفاعات ذخیره ایی از هوای سرد انباشته نباشد جریان هوا ضمن گذر از پشته کوهستانی به تدریج در شرایط بی در رو، در داخله پشت به باد گرم و خشک می شود به طور کلی، در زمان جریان این باد، میزان نم نسبی به طور ناگهانی پایین می آید بارندگی قطع می شود
در زمان حداکثر شدت باد، درجه حرارت به حداکثر خود می رسد و عموماً از میزان فشار هوا کاسته می شود. ذوب برف های زمستانی، خشکی و سوزاندن مزارع و ایجاد شرایط مساعد برای حریق جنگل ها از دیگر نشانه های بروز بادهایی با خصوصیات باد فون است.
باد چیست؟ انرژی باد از کجا می‌آید؟ کتاب علوم پایه هفتم
باد به زبان ساده هوای در حال حرکت است. منشأ عمده‌ی انرژی باد از انرژی خورشید و حرکت زمین تامین می‌شود. باد یا همان هوای در حال حرکت، انرژی جنبشی قابل توجهی دارد.
در طوفان‌های بزرگ این انرژی فوق العاده زیاد حتی باعث کندن درخت‌ها و واژگون سازی خودرو‌ها می‌شود. حال تصور کنید این انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل کنیم.
باد چگونه به‌وجود می‌آید؟ علوم پایه هفتم
باد در اثر حرکت هوا و گرم شدن سطح زمین به وجود می‌آید، به این صورت که هوا از قسمت های پرفشار به سمت قسمت های کم فشار جریان پیدا کرده و پدیده باد ایجاد می شود.
مکانیزم کلی تشکیل باد، حرکت توده‌ی هوا از ناحیه پرفشار به ناحیه کم‌فشار است. این پدیده به دلایل مختلفی رخ می‌دهد که مهم‌ترین آنها را در ادامه مشاهده خواهید کرد. وزش بادهای ساحلی نور خورشید در تمام روز به سطح آب دریا و همچنین سطح شنی یا سنگی ساحل می‌تابد.
در طول روز هوای بالای خشکی زودتر گرم شده و با کاهش چگالی، توده‌ی هوا به سمت بالا حرکت می‌کند. این افت فشار در ساحل باعث وزش باد از دریا به سمت خشکی می‌شود. از طرف دیگر هنگام شب، سطح خشکی زودتر از دریا خنک می‌شود و در نتیجه آن جهت وزش باد در شب برعکس می‌شود. اختلاف دمای استوا و قطب‌ها مشابه پدیده‌ی وزش بادهای ساحلی در سطح وسیع تری نیز رخ می‌دهد.
در خط استوا آفتاب مستقیم می‌تابد و هوای سطح آن نسبت به عرض‌های جغرافیایی دیگر و به‌خصوص قطب‌ها، بسیار گرم تر است. پس جریان‌های هوا بین خط استوا و نواحی شمالی و جنوبی به راه می‌افتد. اگر حرکت وضعی زمین نبود این بادها فقط در جهت شمال-جنوب می‌وزیدند.
حرکت وضعی زمین کره زمین هر ۲۴ ساعت یکبار به دور خود می‌چرخد. حرکت وضعی زمین با ایجاد نیروی گریز از مرکز، باعث ایجاد باد و تغییر جهت باد می‌شود. به‌طوری که توده‌های هوا در نیمکره شمالی به سمت راست و در نیمکره جنوبی به سمت چپ حرکت می‌کنند.بیشتر بخوانید:
رنگین کمان چگونه تشکیل می‌شود؟ علوم پایه پنجمجاذبه زمین جاذبه زمین باعث ایجاد فشار متعادل در اتمسفر و جلوگیری از فرار توده‌های هوا در اثر نیروی گریز از مرکز می‌شود و برآیند نیرو‌ها را متعادل می‌کند. با این وجود در سطح زمین کوه‌ها و موانع دیگر وجود دارند که این تعادل را مختل کرده و باعث تغییر در وزش باد می‌شوند.
مزایای انرژی باد
– انرژی باد رایگان است.
– انرژی باد نامحدود است و تمام نمی شود.
– انرژی باد را می‌توان به‌طور مستقیم استفاده کرد.
– انرژی باد پاک است و هیچ‌گونه آلایندگی تولید نمی‌کند.
– قابلیت استفاده از انرژی باد در مناطق دورافتاده وجود دارد.
به همین دلیل توربین‌های بادی در مناطق بادخیز، بازدهی بیشتری نسبت به سلول‌های خورشیدی دارند.
معایب انرژی باد
– توربین‌های بادی آلودگی صوتی تولید می‌کنند.
– وزش باد غیر قابل پیش‌بینی است، بنابراین به تنهایی قابل اعتماد نیست.
– توربین‌های بادی بسیار آسیب پذیر هستند. (برخورد صاعقه، بادهای شدید)
– مزارع بادی بزرگ روی محیط زیست اثرات مخربی می‌گذارند. (احتمال برخورد پرندگان، تغییرات باد)
– امکان نصب توربین‌های بادی بزرگ در نزدیکی مناطق مسکونی وجود ندارد. نصب توربین‌های بادی هزینه اولیه زیادی نیاز دارد.
بسیار سپاس‌گزارم