جواب فصل ۹ علوم هفتم؛ پاسخ درس نهم منابع انرژی – صفحه ۷۷ تا ۸۳

منبع انرژی	سال ۱۴۰۰	پیش‌بینی سال ۱۴۲۰	تغییر
نفت	۳۲/۶۸٪	۲۷/۲٪	۵/۴۸ واحد درصد کاهش
گاز طبیعی	۲۳/۶۴٪	۲۵/۸۴٪	۲/۲۰ واحد درصد افزایش
زغال‌سنگ	۲۶/۴۲٪	۲۰/۹۲٪	۵/۵۰ واحد درصد کاهش
هسته‌ای	۴/۷۱٪	۶/۹۷٪	۲/۲۶ واحد درصد افزایش
برق آبی	۶/۹۴٪	۴/۳۱٪	۲/۶۳ واحد درصد کاهش
خورشیدی، بادی، موج، جزر و مد، زمین‌گرمایی و سوخت‌های گیاهی	۵/۶۱٪	۱۵/۳۹٪	۹/۷۸ واحد درصد افزایش

پاسخ: سوخت‌های فسیلی شامل نفت، گاز طبیعی و زغال‌سنگ هستند.

۳۲٫۶۸ + ۲۳٫۶۴ + ۲۶٫۴۲ = ۸۲٫۷۴٪

پس ۸۲/۷۴ درصد انرژی مصرفی جهان از سوخت‌های فسیلی تأمین شده است.

پاسخ: ابتدا سهم سوخت‌های فسیلی در سال ۱۴۲۰ را محاسبه می‌کنیم:

۲۷٫۲ + ۲۵٫۸۴ + ۲۰٫۹۲ = ۷۳٫۹۶٪

سپس آن را با سال ۱۴۰۰ مقایسه می‌کنیم:

۸۲٫۷۴ − ۷۳٫۹۶ = ۸٫۷۸

بنابراین سهم سوخت‌های فسیلی در پیش‌بینی کتاب ۸/۷۸ واحد درصد کاهش پیدا می‌کند.

این کاهش می‌تواند به عواملی مانند محدود و تجدیدناپذیر بودن سوخت‌های فسیلی، آلودگی ناشی از مصرف آنها، گرمایش جهانی، پیشرفت فناوری و افزایش استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر بستگی داشته باشد.

پاسخ دقیق بر اساس اعداد نمودار:
بیشترین کاهش: زغال‌سنگ، با حدود ۵/۵۰ واحد درصد کاهش.
کمترین کاهش در میان منابعی که کاهش دارند: برق آبی، با حدود ۲/۶۳ واحد درصد کاهش.نفت نیز تقریباً به اندازه‌ی زغال‌سنگ کاهش دارد و سهم آن ۵/۴۸ واحد درصد کمتر می‌شود.

در مقابل، گاز طبیعی، انرژی هسته‌ای و انرژی‌های تجدیدپذیر در نمودار کاهش ندارند؛ بلکه افزایش پیدا می‌کنند.

دقت در خواندن نمودار: در این سؤال نمی‌توان انرژی‌های تجدیدپذیر را دارای «کمترین کاهش» دانست؛ زیرا سهم آنها طبق خود نمودار از ۵/۶۱ درصد به ۱۵/۳۹ درصد افزایش پیدا کرده است.

توجه: این بخش یک فعالیت پژوهشی است و پاسخ آن با توجه به سال و منبع آماری تغییر می‌کند. برای نمونه، آمار اداره‌ی اطلاعات انرژی آمریکا برای مصرف انرژی اولیه‌ی ایران در سال ۲۰۲۲ نشان می‌دهد سهم گاز طبیعی در ایران بسیار بیشتر و سهم زغال‌سنگ و منابع غیرفسیلی بسیار کمتر از میانگین جهانی نمودار کتاب است.

منبع	جهان در نمودار ۱۴۰۰	نمونه آمار ایران	مقایسه تقریبی
نفت	۳۲/۶۸٪	حدود ۳۱/۱٪	حدود ۱/۵۸ واحد درصد کمتر
گاز طبیعی	۲۳/۶۴٪	حدود ۶۷/۶٪	حدود ۴۳/۹۶ واحد درصد بیشتر
زغال‌سنگ	۲۶/۴۲٪	حدود ۰/۴٪	حدود ۲۶/۰۲ واحد درصد کمتر
هسته‌ای	۴/۷۱٪	حدود ۰/۵٪	حدود ۴/۲۱ واحد درصد کمتر

نمونه گزارش:
۱- سوخت فسیلی می‌سوزد و انرژی شیمیایی آن به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود.
۲- گرمای حاصل، آب موجود در دیگ بخار را گرم و به بخار داغ و پرفشار تبدیل می‌کند.
۳- بخار به پره‌های توربین برخورد می‌کند و توربین را به حرکت درمی‌آورد؛ در این مرحله انرژی گرمایی و جنبشی بخار به انرژی حرکتی توربین تبدیل می‌شود.
۴- توربین به مولد یا ژنراتور متصل است و با چرخاندن ژنراتور، انرژی الکتریکی تولید می‌شود.
۵- انرژی الکتریکی از طریق خط‌های انتقال به محل‌های مصرف می‌رسد.
۶- بخار پس از عبور از توربین سرد و دوباره به آب تبدیل می‌شود و با پمپ به دیگ بخار بازمی‌گردد.

مزیت‌ها	عیب‌ها
تولید مقدار زیاد انرژی، وجود زیرساخت گسترده برای استفاده از آنها و امکان تولید پیوسته‌ی برق	تجدیدناپذیر بودن، تولید کربن‌دی‌اکسید و دیگر آلاینده‌ها، نقش در گرمایش جهانی و اتلاف بخشی از انرژی به صورت گرما

پاسخ:
۳۳۰٬۰۰۰٬۰۰۰ ÷ ۲۰٬۰۰۰ = ۱۶٬۵۰۰بنابراین برای انتقال این مقدار مواد نفتی در یک روز به حدود ۱۶۵۰۰ تانکر نیاز بود.

پاسخ: تردد روزانه‌ی ۱۶۵۰۰ تانکر باعث افزایش بسیار زیاد ترافیک، مصرف سوخت، آلودگی هوا و احتمال تصادف می‌شد. همچنین در صورت واژگونی یا نشت نفت از تانکرها، امکان آلودگی خاک و آب وجود داشت. بنابراین خط لوله برای انتقال حجم بسیار زیاد مواد نفتی، در صورت نگهداری صحیح، روشی مناسب‌تر و پایدارتر است.

پاسخ: آسیب به خط‌های لوله می‌تواند سبب نشت نفت و فرآورده‌های نفتی، آلودگی خاک و آب‌های سطحی یا زیرزمینی، آسیب به گیاهان و جانوران، هدر رفتن منابع نفتی و در برخی شرایط آتش‌سوزی یا انفجار شود.

نمونه پاسخ: در نیروگاه هسته‌ای، با انجام واکنش شکافت هسته‌ای در سوخت هسته‌ای مقدار زیادی انرژی گرمایی آزاد می‌شود. از این گرما برای تولید بخار آب استفاده می‌شود. بخار، توربین را به حرکت درمی‌آورد و توربین نیز ژنراتور را می‌چرخاند تا انرژی الکتریکی تولید شود.

مزیت‌ها: مقدار کمی سوخت می‌تواند انرژی بسیار زیادی آزاد کند و هنگام کار عادی نیروگاه، تولید مستقیم گازهای حاصل از سوختن سوخت‌های فسیلی بسیار کمتر است.

محدودیت‌ها و خطرها: سوخت هسته‌ای تجدیدناپذیر است، پسماندهای پرتوزا باید به‌طور ایمن نگهداری شوند و طراحی، بهره‌برداری و حفاظت از نیروگاه نیازمند دقت و هزینه‌ی زیاد است.

بررسی دقیق شکل کتاب:
از ۱۰۰ واحد انرژی ورودی:
• ۶۵ واحد در نیروگاه تلف می‌شود.
• ۳۵ واحد به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.
• ۷ واحد دیگر در خط‌های انتقال تلف می‌شود.
• فقط ۲۸ واحد به محل مصرف می‌رسد.
• در نمونه‌ی لامپ شکل، ۲۳ واحد به نور و ۵ واحد به گرما تبدیل می‌شود.۳۵ − ۷ = ۲۸   و   ۲۳ + ۵ = ۲۸

راهکارهای پیشنهادی:
• خاموش کردن چراغ‌ها و وسایل برقی اضافی
• استفاده از لامپ‌ها و وسایل پربازده
• استفاده از نور طبیعی در طول روز
• تنظیم مناسب وسایل سرمایشی و گرمایشی
• باز نگذاشتن طولانی درِ یخچال
• خاموش کردن کامل دستگاه‌هایی که استفاده نمی‌شوند
• انتخاب وسایل دارای مصرف انرژی کمتر
• عایق‌کاری مناسب ساختمان برای کاهش مصرف وسایل سرمایشی و گرمایشی

سال	سرمایه‌گذاری، میلیارد دلار
۱۳۸۳	۳۳
۱۳۸۴	۵۷
۱۳۸۵	۹۰
۱۳۸۶	۱۲۹
۱۳۸۷	۱۵۹
۱۳۸۸	۱۶۰
۱۳۸۹	۲۱۱
۱۳۹۰	۲۵۳
۱۳۹۱	۲۳۰
۱۳۹۲	۲۱۶
۱۳۹۳	۲۵۴
۱۳۹۴	۳۲۲
۱۳۹۵	۳۶۰
۱۳۹۶	۳۲۵
۱۳۹۷	۳۳۴
۱۳۹۸	۳۳۵
۱۳۹۹	۲۶۸

پاسخ:
۲۶۸ ÷ ۳۳ ≈ ۸٫۱۲پس سرمایه‌گذاری سال ۱۳۹۹ حدود ۸/۱ برابر سال ۱۳۸۳ بوده است.

بیشترین مقدار سرمایه‌گذاری در نمودار مربوط به سال ۱۳۹۵ با ۳۶۰ میلیارد دلار است.

پاسخ: زیرا سوخت‌های فسیلی محدود و تجدیدناپذیر هستند و مصرف آنها پیامدهای زیست‌محیطی دارد. انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و باد به طور طبیعی جایگزین می‌شوند و توسعه‌ی فناوری نیز امکان استفاده‌ی گسترده‌تر و بهینه‌تر از آنها را فراهم کرده است.

کاهش مقدار نمودار در سال ۱۳۹۹ نیز طبق توضیح زیر نمودار کتاب، حدود ۲۰ درصد و به دلیل همه‌گیری بیماری کووید ۱۹ بوده است.

بررسی تصاویر و متن کتاب: انرژی خورشید به صورت نور و گرما به زمین می‌رسد. صفحه‌های خورشیدی می‌توانند بخشی از انرژی نورانی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.

کاربردهایی که کتاب در تصاویر نشان می‌دهد:
• ماشین حساب
• چراغ راهنمایی و رانندگی
• خانه‌های مسکونی
• هواپیماهای کوچک

طبق متن کتاب، بازده صفحه‌های خورشیدی جدید تقریباً ۲۵ درصد است؛ یعنی حدود یک‌چهارم انرژی نورانی دریافتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.

نمونه پاسخ: پاسخ قسمت اول به شهر و شرایط آب‌وهوایی محل زندگی بستگی دارد و بهتر است تعداد ساعت‌های آفتابی از آمار هواشناسی همان منطقه به دست آید.

اگر منطقه در بیشتر روزهای سال آسمان صاف و ساعات آفتابی زیادی داشته باشد، استفاده از انرژی خورشیدی می‌تواند گزینه‌ی مناسبی باشد. در مناطقی که بیشتر روزهای سال ابری هستند، مقدار انرژی دریافتی کمتر می‌شود؛ هرچند صفحه‌های خورشیدی همچنان می‌توانند در نور غیرمستقیم نیز مقداری برق تولید کنند.

در آبگرمکن خورشیدی، سطح تیره‌ی لوله‌های حاوی آب، انرژی تابشی خورشید را جذب و به انرژی گرمایی تبدیل می‌کند. گرما به آب داخل لوله‌ها منتقل می‌شود و دمای آب افزایش می‌یابد.

طبق کتاب، دمای آب در این آبگرمکن‌ها معمولاً می‌تواند به حدود ۶۰ تا ۷۰ درجه‌ی سلسیوس برسد.

پاسخ: بله، این نظر درست است. خورشید بخش‌های مختلف سطح زمین را به یک اندازه گرم نمی‌کند. در نتیجه دمای هوا و فشار هوا در نقاط مختلف متفاوت می‌شود و هوا از منطقه‌ای به منطقه‌ی دیگر حرکت می‌کند؛ این هوای متحرک همان باد است.

پس انرژی باد در نهایت به طور غیرمستقیم از انرژی خورشید سرچشمه می‌گیرد.

مسیر تبدیل انرژی در شکل کتاب:

انرژی خورشیدی ← گرم شدن نابرابر سطح زمین ← انرژی جنبشی باد ← چرخش توربین ← انرژی الکتریکی

بررسی شکل‌های کتاب: وزش باد روی سطح آب دریا باعث ایجاد موج می‌شود. هرچه انرژی جنبشی باد بیشتر باشد، موج‌های بزرگ‌تر و پرانرژی‌تری تشکیل می‌شوند.

برای تولید برق از انرژی موج‌های دریا، از توربین‌ها و سامانه‌های ویژه استفاده می‌شود.

بنابراین در این مورد نیز می‌توان زنجیره‌ی انرژی را چنین بیان کرد:

خورشید ← باد ← موج‌های دریا ← توربین ← انرژی الکتریکی

نکته‌ی مهم فصل: منابع انرژی به دو گروه کلی تجدیدناپذیر و تجدیدپذیر تقسیم می‌شوند. نفت، گاز، زغال‌سنگ و سوخت‌های هسته‌ای تجدیدناپذیرند؛ در حالی که انرژی خورشیدی، باد، موج دریا، جزر و مد، زمین‌گرمایی و سوخت‌های گیاهی در گروه منابع تجدیدپذیر قرار می‌گیرند.

جمع‌بندی کوتاه فصل نهم علوم هفتم: بخش بزرگی از انرژی مورد نیاز جهان هنوز از سوخت‌های فسیلی تأمین می‌شود، اما این منابع در مدت کوتاه جایگزین نمی‌شوند و مصرف آنها پیامدهای زیست‌محیطی دارد. برای همین استفاده از منابع تجدیدپذیر رو به افزایش است. در نیروگاه‌های سوخت فسیلی و هسته‌ای، گرما برای تولید بخار، چرخاندن توربین و تولید برق به کار می‌رود. انرژی خورشیدی می‌تواند مستقیماً توسط صفحه‌های خورشیدی به برق تبدیل شود و انرژی باد و موج نیز به صورت غیرمستقیم از خورشید سرچشمه می‌گیرند. استفاده‌ی درست و صرفه‌جویانه از انرژی نیز به دلیل محدود بودن منابع و اتلاف انرژی در مراحل تولید و انتقال اهمیت زیادی دارد.