قسمت اول دوره آنلاین

ویدیو قسمت اول دوره آنلاین

فصل اول : موتور و منبع انرژی

در این فصل به بررسی تفاوت‌های کلی یک موتور احتراقی و یک موتور الکتریکی خواهیم پرداخت. دو موضوعی که جزئی‌تر به آن‌ها نگاه می‌کنیم موتور و منبع انرژی است. بررسی ما شامل نکات مثبت و منفی هرکدام از سیستم‌ها خواهد بود.

1.1 – موتور

موتور انرژی پتانسیل را به انرژی حرکتی یا جنبشی تبدیل می کند. شاید تصور بر این باشد که انواع مختلفی از موتور وجود دارد اما از ابتدای تاریخ بشر تا به حال تنها دو نوع موتور داریم :

1. موتور حرارتی
2. موتور الکتریکی

1.موتور حرارتی

در یک موتور حرارتی سوختن انرژی پتانسیل شیمیایی آزاد می‌کند که این حرارت تولید شده منبسط شده و این گرما باعث ایجاد یک حرکت چرخشی می شود.این عمل برای موتورهای بخار،موتورهای دیزلی و موتورهای بنزینی صدق می‌کند.نحوه‌ی کار یک موتور حرارتی به این صورت است که سوخت وارد سیلندر شده،پیستون سوخت را متراکم کرده، یک جرقه سوخت را منفجر کرده، پیستون به حرکت درآمده و حرکت چرخشی به این طریق به وجود می‌آید.

اشکالات موتور حرارتی

این موتور از به هم پیوستن قطعات زیادی به وجود آمده است که این امر موتور را سنگین و گران قیمت می‌کند. از آن‌جایی که حرارت و انفجارها سبب سایش و پارگی‌های زیادی می‌شوند  نیاز به تعمیر و نگهداری زیادی دارد.این موتورها اتلاف انرژی زیادی نیز دارند. در دیدگاه تئوری بازدهی این موتورها 50 درصد است ولی برای رسیدن به این عدد باید هزینه زیادی برای ساخت موتوری با این بازدهی انجام داد، همچنین موتور باید در ماکزیمم قدرت خود کار کند که عملا شدنی نیست. در عمل این موتورها 75 درصد انرژی را به شکل حرارت تلف می‌کنند و خودروهای اسپورتی مثل بوگاتی در یک ترافیک معمولی شهری 95 درصد انرژی را تلف می‌کنند.

موضوع با اهمیت دیگر در رابطه با گاز خروجی از موتور است که محیط زیست را به خطر می‌اندازد.هر لیتر بنزینی که می سوزد 2.3 گرم گاز co2 تولید می‌کند.

2.موتور الکتریکی

طرز کار موتور الکتریکی به طور کلی متفاوت است. اساسا موتورهای الکتریکی با میدان‌های مغناطیسی کار می‌کنند. از دوران مدرسه به یاد داریم که آهنرباها دو قطب دارند، مانند کره زمین. اگر قطب‌های مخالف را به هم نزدیک کنیم یکدیگر را جذب و با نزدیک کردن قطب‌های همنام یکدیگر را دفع خواهند کرد. این مکانیزم اصلی است که در موتورهای الکتریکی به کار گرفته می‌شود.

اگر یک سیم پیچ برداریم و از این سیم پیچ جریان عبور دهیم، سیم میدان مغناطیسی خودش را پیدا خواهد کرد و آهنربا می‌شود و اگر این آهنربا را بین دو آهنربای دیگر قرار دهیم، یک طرف سیم پیچ به طرف پایین و طرف دیگر به سمت بالا هل داده خواهد شد در آن لحظه ما به سرعت قطبیت را تغییر می‌دهیم و ادامه می‌دهیم و این امر سبب چرخش سیم پیچ و ایجاد حرکت چرخشی می شود.

نکات مثبت

این موتور تنها یک قسمت متحرک دارد. از این رو موتور می‌تواند سبک و ارزان‌تر باشد و فضای کمتری را اشغال کند و از آنجا که میدان مغناطیسی بسیار ملایم است، یک موتور الکتریکی عملا می‌تواند عمری طولانی داشته باشد. بازدهی در این موتورها می‌تواند به 100 درصد برسد. حتی در لحظه‌ی ترمز کردن انرژی تولید می‌شود و این بازدهی را حتی به بالای 100 درصد هم می‌رساند. سبک بودن این موتور‌ها این اجازه را به خودرو می‌دهد که سریع‌تر شتاب گیرد. این موتورها از لحاظ محیط زیستی هم کاملا سالم و پاک هستند و موتور هیچ خروجی ندارد.

جدول نشان دهنده ی برتری کامل موتور الکتریکی است پس چرا راه ما به موتورهای بنزینی ختم شد؟

پاسخ این سوال منبع انرژی و ذخیره کردن آن است. از لحاظ موتور نوع الکتریکی برتری کامل دارد ولی از نظر ذخیره انرژی، موتور حرارتی برتر از موتور الکتریکی است. چون سوخت یک راه عالی برای ذخیره کردن انرژی است. باتری اسید سرب از سال 1900 فقط حدود 0.01 کیلووات ساعت بر کیلوگرم انرژی ذخیره می‌کند که این بیش از 1000 بار کمتر از بنزین است! با پیشرفت علم این عدد در هزاره اخیر به 0.035 کیلو وات ساعت رسید.

اما از آنجایی که بشر به باتری‌های کوچک‌تری برای تلفن همراه و لپتاب‌ها نیاز داشت این عدد را با استفاده از باتری‌های لیتیومی به 0.25 کیلووات ساعت رساند که همچنان 50 درصد ضعیف‌تر از سوخت است. در آینده‌های نزدیک این عدد به 30 درصد ضعیف‌تر خواهد رسید.

حال می‌خواهیم عملی بررسی کنیم. تصور کنید که یک خودروی معمولی و یک خودروی الکتریکی می‌سازیم و میخواهیم 500 کیلومتر مسافت را با آن طی کنیم .

در سال 1900 به ده هزار کیلوگرم باتری در ماشین خود نیاز داشتیم. به اندازه‌ی یک فیل بزرگ در خودروی خود.در سال 2000 این مقدار به سه هزار کیلوگرم و با استفاده از باتری‌های لیتیومی این مقدار به 400 کیلوگرم کاهش یافت. در ده سال آینده این مقدار به حدود 200 کیلوگرم کاهش خواهد یافت. این عدد ممکن است بالا به نظر برسد ولی با توجه به وزن موتور و شاسی و سیستم تعلیق خودروهای الکتریکی که به نسبت سبک‌تر از خودروهای معمولی است تمام ایده‌ای که باتری اتومبیل‌های الکتریکی را سنگین می‌کند به زودی چیزی از گذشته خواهد بود.

سبک‌تر بودن خودرو نیاز به مواد کمتری برای ساخت دارد و از این رو ارزان‌تر تمام خواهد شد. پس با سبک کردن باتری در خودروهای الکتریکی می‌توانیم آن‌ها را ارزان‌تر تولید کنیم.

نتیجه گیری قسمت اول دوره آنلاین :

به طور کلی دو نوع موتور برای خودرو داشتیم که موتور الکتریکی از همه نظر بهتر از موتور حرارتی بود.تنها مشکل وزن بالای باتری بود که در هزاره اخیر با پیشرفت تکنولوژی به شدت کاهش یافت.با در نظر گرفتن سوختی که با استفاده از خودروهای الکتریکی ذخیره می شود و عدم آسیب به محیط زیست میتوان گفت که حرکت به سمت خودروی الکتریکی دیگر یک مسئله نیست و تنها چقدر سریع بودن این حرکت مطرح است.

برای دیدن قسمت‌های بعدی دوره اینجا کلیک کنید

برای دیدن قسمت‌های قبلی دوره اینجا کلیک کنید