როგორ ვასწავლი ნახევარგამტარული ხელსაწყოების გამოყენებას

აქტიური, ცოცხალი გაკვეთილი ქვეყნისთვის ყველაზე  აქტუალურ საჭირბოროტო თემებსა თუ პრობლემებს უნდა ეხებოდეს, რათა მოსწავლემ საგაკვეთილო სივრცეში მიღებული ცოდნით გააცნობიოროს სწავლის ეროვნული მიზნები, საკუთარი როლი და მნიშვნელობა ქვეყნის განვითარებაში. ეს განსაკუთრებით ეხება ისეთ საგანს, როგორიცაა ფიზიკა, კერძოდ, ისეთ პერსპექტიულ საკითხს ჩვენი ქვეყნისთვის,  როგორიცაა მზის ენერგიის გამოყენება. რამდენად რეალურია  და არის თუ არა შესაძლებლობა გადაიჭრას აქტუალური სადღეისო პრობლემები იმ აღმოჩენების  საფუძველზე, რომელსაც ჩვენის ქვეყნის მეცნიერები ახორციელებდნენ.

ტექნიკურ პროგრესს ვერაფერი შეაჩერებს და საჭიროა,   დროზე  ვიზრუნოთ და „გამოვაფხიზლოთ“ ჩვენი ახალგაზრდები. Top of FormBottom of Formპედაგოგი გარკვეულ წილად ხელოვანია და ჩვენს ნიჭზე, შემოქმედებით თავისუფლებაზეა დამოკიდებული, თუ როგორ მოვახერხებთ მოსწავლის დარწმუნებას იმაში, რომ ფიზიკის განვითარების დონეზე ბევრადაა დამოკიდებული არა მხოლოდ ქვეყნის მეცნიერულ-ტექნიკური პროგრესი, არამედ  მთლიანობაში საზოგადოების ინტელექტუალური და ეკონომიკური წინსვლა.

              

გაკვეთილს ვიწყებ მოთელვით. შეიძლება მოსწავლეებს გავესაუბროთ, უნახავთ თუ არა მათ ნახევარგამტარული ხელსაწყოები? სავარაუდო პასუხებია: პატარა რადიო მიმღები (ტრანზისტორი), მზის ბატარეები (სახლებზე) ან ფოტოსურათებით- ხელოვნური თანამგზავრების ფრთებზე.

ამის შემდეგ ხმამაღლა ვკითხულობ კითხვებს, რომლებიც დაფასთან ფლიპჩარტზეა  ჩამოწერილი:

1.არის თუ არა საქართველოში მზის ენერგიის გარდაქმნისათვის ხელსაყრელი პირობები?

  1. როგორ ფიქრობთ, მოიპოვება თუ არა საქართველოში ნახევარგამტარული ხელსაწყოების დასამზადებლად საჭირო ნივთიერებები?
  2. იცით თუ არა ქართველ ფიზიკოსთა მიერ შექმნილი ნახევარგამტარული ხელსაწყოების შესახებ?
  3. რა პრაქტიკული ღირებულება შეიძლება ჰქონდეს ნახევარგამტარული ხელსაწყოს საშუალებით მზის ენერგიის გარდაქმნას?

მოსწავლეებს ვყოფ ჯგუფებად. თითოეული ჯგუფი იღებს დავალებას წერილობითი ფორმით (თითოეული ჯგუფისათვის მოცემულ კითხვებზე პასუხის გასაცემად მაგიდებზე განაწილებულია საჭირო ლიტერატურა ინფორმაციის მოსაპოვებლად, პრეზენტაციისათვის ფლიპჩარტები,  მარკერები) .

პირველი კითხვის სავარაუდო პასუხი: მზის ენერგიის გარდაქმნისათვის  საქართველოში  ხელსაყრელი პირობები არსებობს. ესაა მზის ენერგიის და საჭირო ნახევარგამტარული ხელსაწყოების დასამზადებლად აუცილებელი ნივთიერებებიც. საჭიროა მხოლოდ მათი გარდაქმნა-გამოყენება.

მეორე კითხვის სავარაუდო პასუხი: ჩვენთან მოიპოვება ძვირადღირებული დარიშხანი, რომელიც იშვიათია, თავისუფალია ძნელად გასასუფთავებელი მინარევებისაგან, რაც ანიჭებს მას უპირატესობას ელექტრონიკაში გამოყენების თვალსაზრისით. ძირითადი საბადოებია რაჭაში და სვანეთში.

მზისგან მიღებული ენერგიის წყაროა თერმობირთვული რეაქციები მზეზე. მზიდან წამოსული ენერგიის სიდიდე 4.1020ჯ. მთელი ენერგია ნაწილდება სპექტრზე, რომლის დიაპაზონია 0,2-3 მკმ.

მზის ენერგიის ინტენსივობას დედამიწის მახლობელ თავისუფალ სივრცეში ეწოდება მზის მუდმივა. მოცემულ მანძილზე და იგი რიცხობრივად შეადგენს 1353ვტ/მ2 . შემდგომში ამ გამოსხივების ატმოსფეროში გავლისას ეს რიცხვი მცირდება, მაგ: ინფრაწითელ გამოსხივებას ხელს უშლის წყლის ორთქლი, ულტრაიისფერს – ოზონი და ატმოსფერული მტვერი. ამასთან, იგი დამოკიდებულია მზის დახრის კუთხეზე ჰორიზონტის მიმართ. საუკეთესო პირობებისათვის ეკვატორის მიდამოებში მზის მუდმივა 925 ვტ/მ2, საქართველოს პირობებისათვის ეს კოეფიციენტი 600-700  ვტ/მ2  სიდიდისაა, ამასთან,  თუ გადავხედავთ მსოფლიო რუკას, სადაც მოცემულია მზის ენერგიის განაწილება დედამიწის ზედაპირზე, საქართველოს ტერიტორია ხვდება დიაპაზონში 2400-2800სთ განათება წელიწადში, რაც გარანტირებულად იძლევა საშუალოდ 7 სთ-ზე მეტ განათებას დღეში.

მესამე კითხვის სავარაუდო პასუხი: საქართველოში დამზადებული მთელი რიგი ნახევარგამტარული ხელსაწყოებიდან ერთ-ერთია მზის ენერგიის გარდამქმნელი ხელსაწყო(ხილული და სითბური- ინფრაწითელი).

ასეთი ხელსაწყოები და განსაკუთრებით მზის ენერგიის გარდამქმნელი ძირითადად მზადდებოდა შედარებით იაფფასიან ნ/გ-ზე (კაჟბადი-si)  დღესდღეობით გამოიყენება უფრო ძვირადღირებული ნახევარგამტარები გალიარსენიდის (GaAs) და გალიალუმინარსენიდი(GaAIAs) ნ.გ ნაერთებზე. კაჟბადის (Si) მსგავს ელემენტებზე მონტაჟდება ამ გარდამქმნელებისაგან ბატარეა და სასურველი ენერგია მიიღებოდა შესაბამისი ფართობით. ხელოვნურ თანამგზავრებში ენერგიის წყაროა გაშლილ ფრთებზე დამაგრებული მზის ელემენტების ბატარეა.

რაც შეეხება ძვირადღირებულ ნ/გ -ებს, მაღალი ფასის გამო, მათი ასე ფართოდ და დიდი რაოდენობით გამოყენება დიდ ეკონომიურ დანახარჯებთანაა დაკავშირებული. მაგ: (GaAs) შემთხვევაში ქიმიური ნივთიერება სუფთა გალიუმი (Ga) საერთაშორისო ბაზარზე ღირს 1 კგ 350 აშშ დოლარი, დარიშხანი (As)კი 1 კგ 3000 აშშ დოლარი, მაგრამ იმის გამო , რომ (GaAs)-ის გარდამქნელები უძლებენ მაღალ ტემპერატურას კაჟბადის  (Si) გარდამქმნელებისაგან განსხვავებით, მათი მ.ქ.კ. 20-25 %, კაჟბადის (Si)მ.ქ.კ. – 10-12%

რადგან გალიუმ-არსენიდის (GaAs) გარდამქმნელებს შეუძლიათ იმუშაონ მაღალი ტემპერატურის პირობებში 3000C, ამის გამო შესაძლებელია მასზე მივმართოთ ფოკუსირებული მზის სხივი, რომლის მაფოკუსირებელი მოწყობილობა, მაგალითად 1000-ჯერ აღემატება გალიუმ არსენიდზე  (GaAs)დამზადებული  მზის ელემენტის ფართობს.

საზღვარგარეთული მონაცემებით 2სმ2 გალიუმარსენიდის გარდამქმნელებს თუ გავანათებთ კონცენტრატორით რომლის პარამეტრი 1000 მზეა, მაშინ ასეთი გარდამქმნელი მოგვცემდა დაახლოებით 50ა დენის ძალას, 0,5-0.6ვ-ის პირობებში, რასაც დაახლოებით 25-30ვტ სიმძლავრე შეესაბამება.

თუ ერთსა და იმავე ელემენტს დავასხივებთ კონცენტრატორით და კონცენტრატორის გარეშე, კონცენტრატორის გამოყენების დროს მ.ქ.კ. იქნება მნიშვნელოვნად მეტი. თუ კი მოვახერხებთ, ასეთი გარდამქმნელების ბაზაზე შეიქმნას რთული სისტემატექნიკური მოწყობილობები, იგი გაცილებით იაფი აღმოჩნდება, ვიდრე საზღვარგარეთიდან შემოტანილი. თუ აღნიშნული კონცენტრატებისაგან შევქმნით ბატარეას, მივიღებთ უფრო მძლავრ მოწყობილობას, რომელიც მთელი დღის განმავლობაში მიმართული იქნება მზისკენ ავტომატიკის საშუალებით, რათა სრულად გამოვიყენოთ მზის ენერგია. შესაძლებელია ასეთი მოწყობილობების დამონტაჟება ცხელი (უდაბნოს ტიპის) და მწირი ნიადაგების მქონე ადგილებში, რის შედეგადაც მიიღებოდა მუდმივი დენის ენერგია, რომელიც შემდგომში გარდაიქმნებოდა ცვლადი დენის ენერგიად და ჩაირთვებოდა ერთიან ენერგოსისტემაში.

კითხვაზე, როგორ შეიძლება მივიღოთ ელექტრული ენერგია წყლის ელექტროლიზით მიღებული წყალბადისაგან, სადაც ისევ ნ/გ ელემენტია გამოყენებული, სავარაუდო პასუხია: მზის ენერგია ნ/გ-ული ელემენტის საშუალებით გარდაიქმნება ელექტრულ ენერგიად, რის შედეგად ხდება წყლის დაშლა, მიიღება წყალბადი, როგორც საწვავი და ჟანგბადის წვის ხელშემწყობი საშუალება. როგორც ცნობილია თბოელექტროსადგურები მუშაობენ ძვირადღირებული და შემოტანილი საწვავებით: ბუნებრივი გაზი, ნახშირი, მაზუთი. თუ შევადარებთ მათ ამ მეთოდით შემოთავაზებულ ვარიანტს, წყალბადი გაცილებით ხელსაყრელი, იაფი და ეკოლოგიურად მისაღებია (წყალბადის წვის კუთრი სითბო –  120 მგჯ/კგ)

ამ მეთოდის გამოყენებას ახლავს გარკვეული რისკფაქტორი წყალბადის შენახვასთან დაკავშირებით. წყალბადი ძლიერ ფეთქებადი გაზია და მისი შენახვა რეზერვუარებში გარკვეული წნევის პირობებში სახიფათოა. მაგრამ თუ შევქმნით სისტემატექნიკურ მოწყობილობებს, რომლის საშუალებითაც ვახდენთ წყლის დაშლას და ერთდროულად (მაშინვე, დაგროვების გარეშე) მიღებული წყალბადის დაწვას, შესაძლებელია მიღებული სითბოს გამოყენება თბოელექტროსადგურების ასამუშავებლად.

აშშ-ში განხორციელებულია პროექტი- უშუალოდ კაშხლის ბეტონის ზედაპირზე დამაგრებული მზის ელემენტების საშუალებით იღებენ და გარდაქმნიან მზის ენერგიას და დღის განმავლობაში მიღებული მზის ენერგიის წყალობით ხერხდება წყლის რესურსის დაზოგვა. ჩვენს პირობებში შესაძლებელია ენგურზე ან ჟინვალზე განხორციელდეს მსგავსი პროექტი, მხოლოდ კონცენტრატორების საშუალებით, როგორც ცნობილია კონცენტრატორი ნ/გ ელემენტს გადასცემს როგორც ხილულ, ასევე თბურ ენერგიას. ცხადია, რომ სასურველი იქნებოდა დამატებით ამ თბური ენერგიის გამოყენებაც. ამისათვის კი საჭიროა გამოვიყენოთ ზეებეკის ეფექტზე დამყარებული ნ/გ-ული ხელსაწყო, რომლის მუშაობის პრინციპი შემდეგშია: ნ/გ-ული ხელსაწყოს ერთ კონტაქტს თუ გავაცხელებთ და მეორე დარჩება ცივი, რომელიც თავის მხრივ წარმოშობს კონტაქტებს შორის ტემპერატურულ გრადიენტს, ცხადია, ასეთ შემთხვევაში ემძ პირდაპირპროპორციულია კონტაქტებს შორის ტემპერატურის სხვაობისა. მასწავლებელი: როგორც ვხედავთ საქართველოში იქმნებოდა მთელი რიგი ხელსაწყოებისა: მზის გარდამქმნელები, თბოგენერატორები, შუქდიოდები და ა.შ. პრობლემა იმაში იყო, რომ სხვადასხვა მიზეზის გამო ვერ ხერხდებოდა მათი პრაქტიკული განხორციელება.  დადგება დრო. როცა შესაძლებელი იქნება ისევ შევქმნათ ხელსაწყოები და ჩვენვე ვიზრუნოთ რთული სისტემატექნიკური პროექტების შექმნისა და განხორციელებისათვის.

 

ქვემოთ იხილეთ მოსწავლეების მიერ შექმნილი ნამუშევრები:

 

 

კომენტარები

comments