मोटे पेड़ों की प्रचुर वृद्धि,
जो बंजर रेत पर जड़े हैं
अपने स्वयं के स्वीकृत, स्पष्ट रूप से कहता है कि
हवा से चिकना वसा की चिकना चादरें
सोख लेना...
एम. वी. लोमोनोसोव

सेल में ऊर्जा किस प्रकार संचित होती है? चयापचय क्या है? ग्लाइकोलाइसिस, किण्वन और कोशिकीय श्वसन की प्रक्रियाओं का सार क्या है? प्रकाश-संश्लेषण की प्रकाश और अन्धकार अवस्था में कौन-सी प्रक्रियाएँ होती हैं? ऊर्जा और प्लास्टिक विनिमय की प्रक्रियाएं कैसे संबंधित हैं? रसायन विज्ञान क्या है?

पाठ-व्याख्यान

एक प्रकार की ऊर्जा को दूसरे में बदलने की क्षमता (उज्ज्वल ऊर्जा को रासायनिक बंधों की ऊर्जा में, रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में, आदि) जीवित चीजों के मूलभूत गुणों में से एक है। यहां हम विस्तार से विचार करेंगे कि जीवित जीवों में इन प्रक्रियाओं को कैसे महसूस किया जाता है।

एटीपी - सेल में ऊर्जा का मुख्य वाहक. कोशिकाओं की महत्वपूर्ण गतिविधि की किसी भी अभिव्यक्ति के कार्यान्वयन के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। स्वपोषी जीव प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रियाओं के दौरान सूर्य से प्रारंभिक ऊर्जा प्राप्त करते हैं, जबकि विषमपोषी जीव ऊर्जा स्रोत के रूप में भोजन से कार्बनिक यौगिकों का उपयोग करते हैं। अणुओं के रासायनिक बंधों में कोशिकाओं द्वारा ऊर्जा का भंडारण किया जाता है एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट), जो एक न्यूक्लियोटाइड होते हैं जिसमें तीन फॉस्फेट समूह होते हैं, एक चीनी अवशेष (राइबोस) और एक नाइट्रोजनस बेस अवशेष (एडेनिन) (चित्र। 52)।

चावल। 52. एटीपी अणु

फॉस्फेट अवशेषों के बीच के बंधन को मैक्रोर्जिक कहा जाता है, क्योंकि जब यह टूटता है, तो बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। आम तौर पर, एक सेल केवल टर्मिनल फॉस्फेट समूह को हटाकर एटीपी से ऊर्जा निकालता है। इस मामले में, ADP (एडेनोसिन डिपोस्फेट), फॉस्फोरिक एसिड बनता है और 40 kJ / mol निकलता है:

एटीपी अणु कोशिका की सार्वभौमिक ऊर्जा सौदेबाजी चिप की भूमिका निभाते हैं। उन्हें ऊर्जा-गहन प्रक्रिया की साइट पर पहुंचाया जाता है, चाहे वह कार्बनिक यौगिकों का एंजाइमेटिक संश्लेषण हो, प्रोटीन का काम - आणविक मोटर्स या झिल्ली परिवहन प्रोटीन, आदि। एटीपी अणुओं का रिवर्स संश्लेषण फॉस्फेट को जोड़कर किया जाता है। ऊर्जा अवशोषण के साथ एडीपी को समूह। सेल द्वारा एटीपी के रूप में ऊर्जा का भंडारण प्रतिक्रियाओं के दौरान किया जाता है ऊर्जा उपापचय. वह के साथ निकटता से जुड़ा हुआ है प्लास्टिक एक्सचेंजजिसके दौरान कोशिका अपने कामकाज के लिए आवश्यक कार्बनिक यौगिकों का उत्पादन करती है।

कोशिका में चयापचय और ऊर्जा (चयापचय). चयापचय - प्लास्टिक और ऊर्जा चयापचय की सभी प्रतिक्रियाओं की समग्रता, परस्पर। कोशिकाओं में कार्बोहाइड्रेट, वसा, प्रोटीन, न्यूक्लिक अम्लों का संश्लेषण निरन्तर होता रहता है। यौगिकों का संश्लेषण हमेशा ऊर्जा के व्यय के साथ होता है, अर्थात एटीपी की अनिवार्य भागीदारी के साथ। एटीपी के निर्माण के लिए ऊर्जा स्रोत कोशिका में प्रवेश करने वाले प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट के ऑक्सीकरण की एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाएं हैं। यह प्रक्रिया ऊर्जा छोड़ती है, जो एटीपी में संग्रहित होती है। ग्लूकोज ऑक्सीकरण सेल ऊर्जा चयापचय में एक विशेष भूमिका निभाता है। ग्लूकोज अणु क्रमिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला से गुजरते हैं।

पहला चरण, कहा जाता है ग्लाइकोलाइसिस, कोशिकाओं के कोशिका द्रव्य में होता है और उसे ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है। एंजाइमों से जुड़ी क्रमिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, ग्लूकोज पाइरुविक एसिड के दो अणुओं में टूट जाता है। इस मामले में, दो एटीपी अणुओं की खपत होती है, और ऑक्सीकरण के दौरान जारी ऊर्जा चार एटीपी अणुओं को बनाने के लिए पर्याप्त है। नतीजतन, ग्लाइकोलाइसिस की ऊर्जा उपज कम है और दो एटीपी अणुओं की मात्रा है:

सी 6 एच1 2 0 6 → 2सी 3 एच 4 0 3 + 4एच + + 2एटीपी

अवायवीय स्थितियों (ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में) के तहत, आगे के परिवर्तन विभिन्न प्रकारों से जुड़े हो सकते हैं किण्वन.

सब को पता है लैक्टिक किण्वन(दूध खट्टा), जो लैक्टिक एसिड कवक और बैक्टीरिया की गतिविधि के कारण होता है। यह ग्लाइकोलाइसिस के तंत्र के समान है, यहां केवल अंतिम उत्पाद लैक्टिक एसिड है। इस प्रकार का ग्लूकोज ऑक्सीकरण ऑक्सीजन की कमी वाली कोशिकाओं में होता है, जैसे कि कड़ी मेहनत करने वाली मांसपेशियों में। रसायन विज्ञान में लैक्टिक और अल्कोहलिक किण्वन के करीब। अंतर यह है कि अल्कोहलिक किण्वन के उत्पाद एथिल अल्कोहल और कार्बन डाइऑक्साइड हैं।

अगला चरण, जिसके दौरान पाइरुविक एसिड कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकृत हो जाता है, कहलाता है कोशिकीय श्वसन. श्वसन संबंधी प्रतिक्रियाएं पौधे और पशु कोशिकाओं के माइटोकॉन्ड्रिया में होती हैं, और केवल ऑक्सीजन की उपस्थिति में होती हैं। यह अंतिम उत्पाद - कार्बन डाइऑक्साइड के गठन से पहले रासायनिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला है। इस प्रक्रिया के विभिन्न चरणों में, प्रारंभिक पदार्थ के ऑक्सीकरण के मध्यवर्ती उत्पाद हाइड्रोजन परमाणुओं के उन्मूलन के साथ बनते हैं। इस मामले में, ऊर्जा जारी की जाती है, जो एटीपी के रासायनिक बंधनों में "संरक्षित" होती है, और पानी के अणु बनते हैं। यह स्पष्ट हो जाता है कि विभाजित हाइड्रोजन परमाणुओं को बांधने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। रासायनिक परिवर्तनों की यह श्रृंखला काफी जटिल है और माइटोकॉन्ड्रिया, एंजाइम और वाहक प्रोटीन की आंतरिक झिल्लियों की भागीदारी के साथ होती है।

कोशिकीय श्वसन की दक्षता बहुत अधिक होती है। 30 एटीपी अणुओं का संश्लेषण होता है, ग्लाइकोलाइसिस के दौरान दो और अणु बनते हैं, और छह एटीपी अणु - माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली पर ग्लाइकोलाइसिस उत्पादों के परिवर्तन के परिणामस्वरूप। कुल मिलाकर, एक ग्लूकोज अणु के ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप, 38 एटीपी अणु बनते हैं:

सी 6 एच 12 ओ 6 + 6एच 2 0 → 6सीओ 2 + 6एच 2 ओ + 38एटीपी

माइटोकॉन्ड्रिया में, न केवल शर्करा, बल्कि प्रोटीन और लिपिड के ऑक्सीकरण के अंतिम चरण होते हैं। इन पदार्थों का उपयोग कोशिकाओं द्वारा किया जाता है, मुख्यतः जब कार्बोहाइड्रेट की आपूर्ति समाप्त हो जाती है। सबसे पहले, वसा का सेवन किया जाता है, जिसके ऑक्सीकरण के दौरान समान मात्रा में कार्बोहाइड्रेट और प्रोटीन की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जा निकलती है। इसलिए, जानवरों में वसा ऊर्जा संसाधनों का मुख्य "रणनीतिक भंडार" है। पौधों में, स्टार्च एक ऊर्जा आरक्षित की भूमिका निभाता है। जब संग्रहीत किया जाता है, तो यह वसा की ऊर्जा-समतुल्य मात्रा की तुलना में काफी अधिक स्थान लेता है। पौधों के लिए, यह कोई बाधा नहीं है, क्योंकि वे गतिहीन हैं और जानवरों की तरह खुद पर भंडार नहीं रखते हैं। आप वसा से बहुत तेजी से कार्बोहाइड्रेट से ऊर्जा निकाल सकते हैं। प्रोटीन शरीर में कई महत्वपूर्ण कार्य करते हैं, इसलिए वे ऊर्जा चयापचय में तभी शामिल होते हैं जब शर्करा और वसा के संसाधन समाप्त हो जाते हैं, उदाहरण के लिए, लंबे समय तक भुखमरी के दौरान।

प्रकाश संश्लेषण. प्रकाश संश्लेषण- एक प्रक्रिया है जिसके दौरान सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा कार्बनिक यौगिकों के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। पादप कोशिकाओं में प्रकाश-संश्लेषण से संबंधित प्रक्रियाएं क्लोरोप्लास्ट में होती हैं। इस अंग के अंदर झिल्लियों की प्रणालियाँ होती हैं जिनमें वर्णक अंतःस्थापित होते हैं जो सूर्य की दीप्तिमान ऊर्जा को ग्रहण करते हैं। प्रकाश संश्लेषण का मुख्य वर्णक क्लोरोफिल है, जो मुख्य रूप से नीले और बैंगनी रंग के साथ-साथ स्पेक्ट्रम की लाल किरणों को भी अवशोषित करता है। हरे रंग का प्रकाश परावर्तित होता है, इसलिए क्लोरोफिल स्वयं और पौधे के भाग हरे दिखाई देते हैं।

प्रकाश संश्लेषण की दो अवस्थाएँ होती हैं - रोशनीतथा अँधेरा(चित्र। 53)। उज्ज्वल ऊर्जा का वास्तविक कब्जा और रूपांतरण प्रकाश चरण के दौरान होता है। प्रकाश क्वांटा को अवशोषित करते समय, क्लोरोफिल उत्तेजित अवस्था में चला जाता है और इलेक्ट्रॉन दाता बन जाता है। इसके इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ एक प्रोटीन परिसर से दूसरे में स्थानांतरित किया जाता है। इस श्रृंखला के प्रोटीन, वर्णक की तरह, क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक झिल्ली पर केंद्रित होते हैं। जब एक इलेक्ट्रॉन वाहक श्रृंखला से गुजरता है, तो यह ऊर्जा खो देता है, जिसका उपयोग एटीपी को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है। प्रकाश द्वारा उत्तेजित कुछ इलेक्ट्रॉनों का उपयोग एनडीपी (निकोटिनामाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटिफॉस्फेट), या एनएडीपीएच को कम करने के लिए किया जाता है।

चावल। 53. प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश और अंधेरे चरणों की प्रतिक्रियाओं के उत्पाद

क्लोरोप्लास्ट में सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में जल के अणुओं का विभाजन भी होता है - photolysis; इस मामले में, इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं जो क्लोरोफिल द्वारा अपने नुकसान की भरपाई करते हैं; ऑक्सीजन एक उप-उत्पाद के रूप में बनता है:

इस प्रकार, प्रकाश चरण का कार्यात्मक अर्थ प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करके एटीपी और एनएडीपी · एच के संश्लेषण में निहित है।

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है। यहां होने वाली प्रक्रियाओं का सार यह है कि प्रकाश चरण में प्राप्त एटीपी और एनएडीपी · एच अणुओं का उपयोग रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में किया जाता है जो कार्बोहाइड्रेट के रूप में सीओ 2 को "फिक्स" करते हैं। अंधेरे चरण की सभी प्रतिक्रियाएं क्लोरोप्लास्ट के अंदर की जाती हैं, और कार्बन डाइऑक्साइड के "निर्धारण" के दौरान जारी एडीपी और एनएडीपी को फिर से एटीपी और एनएडीपी एच के संश्लेषण के लिए प्रकाश चरण की प्रतिक्रियाओं में उपयोग किया जाता है।

समग्र प्रकाश संश्लेषण समीकरण इस प्रकार है:

प्लास्टिक और ऊर्जा विनिमय की प्रक्रियाओं का संबंध और एकता. एटीपी संश्लेषण की प्रक्रियाएं साइटोप्लाज्म (ग्लाइकोलिसिस), माइटोकॉन्ड्रिया (सेलुलर श्वसन) और क्लोरोप्लास्ट (प्रकाश संश्लेषण) में होती हैं। इन प्रक्रियाओं के दौरान होने वाली सभी प्रतिक्रियाएं ऊर्जा विनिमय की प्रतिक्रियाएं हैं। एटीपी के रूप में संग्रहीत ऊर्जा कोशिका के जीवन के लिए आवश्यक प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट और न्यूक्लिक एसिड के उत्पादन के लिए प्लास्टिक एक्सचेंज की प्रतिक्रियाओं में खर्च की जाती है। ध्यान दें कि प्रकाश संश्लेषण का अंधेरा चरण प्रतिक्रियाओं, प्लास्टिक विनिमय की एक श्रृंखला है, और प्रकाश चरण ऊर्जा है।

ऊर्जा और प्लास्टिक विनिमय की प्रक्रियाओं का संबंध और एकता निम्नलिखित समीकरण द्वारा अच्छी तरह से चित्रित किया गया है:

इस समीकरण को बाएं से दाएं पढ़ने पर, हमें ग्लाइकोलाइसिस और सेलुलर श्वसन के दौरान ग्लूकोज के कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकरण की प्रक्रिया मिलती है, जो एटीपी (ऊर्जा चयापचय) के संश्लेषण से जुड़ी होती है। यदि आप इसे दाएं से बाएं पढ़ते हैं, तो आपको प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण की प्रतिक्रियाओं का विवरण मिलता है, जब एटीपी (प्लास्टिक चयापचय) की भागीदारी के साथ पानी और कार्बन डाइऑक्साइड से ग्लूकोज को संश्लेषित किया जाता है।

chemosynthesis. फोटोऑटोट्रॉफ़ के अलावा, कुछ बैक्टीरिया (हाइड्रोजन, नाइट्रिफाइंग, सल्फर बैक्टीरिया, आदि) भी अकार्बनिक पदार्थों से कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने में सक्षम हैं। वे अकार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण के दौरान निकलने वाली ऊर्जा के कारण इस संश्लेषण को अंजाम देते हैं। उन्हें कीमोऑटोट्रॉफ़्स कहा जाता है। ये रसायन संश्लेषक जीवाणु जीवमंडल में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया अमोनियम लवण को नाइट्रिक एसिड लवण में परिवर्तित करते हैं जो पौधों के लिए दुर्गम होते हैं, जो उनके द्वारा अच्छी तरह से अवशोषित होते हैं।

सेलुलर चयापचय ऊर्जा और प्लास्टिक चयापचय की प्रतिक्रियाओं से बना है। ऊर्जा चयापचय के दौरान, मैक्रोर्जिक रासायनिक बंधों - एटीपी - के साथ कार्बनिक यौगिकों का निर्माण होता है। इसके लिए आवश्यक ऊर्जा अवायवीय (ग्लाइकोलिसिस, किण्वन) और एरोबिक (सेलुलर श्वसन) प्रतिक्रियाओं के दौरान कार्बनिक यौगिकों के ऑक्सीकरण से आती है; सूर्य की किरणों से, जिसकी ऊर्जा प्रकाश चरण (प्रकाश संश्लेषण) में अवशोषित होती है; अकार्बनिक यौगिकों (रसायन संश्लेषण) के ऑक्सीकरण से। एटीपी की ऊर्जा प्लास्टिक विनिमय प्रतिक्रियाओं के दौरान कोशिका के लिए आवश्यक कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण पर खर्च की जाती है, जिसमें प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण की प्रतिक्रियाएं शामिल हैं।

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ऊर्जा विनिमय- यह जटिल कार्बनिक यौगिकों का चरण-दर-चरण अपघटन है, जो ऊर्जा की रिहाई के साथ आगे बढ़ता है, जो एटीपी अणुओं के मैक्रोर्जिक बॉन्ड में संग्रहीत होता है और फिर जैवसंश्लेषण सहित सेल जीवन की प्रक्रिया में उपयोग किया जाता है, अर्थात। प्लास्टिक विनिमय।

एरोबिक जीव उत्पादन करते हैं:

1. प्रारंभिक- बायोपॉलिमर का मोनोमर्स में बंटवारा।
2. ऑक्सीजन में कमीग्लाइकोलाइसिस ग्लूकोज का पाइरुविक एसिड में टूटना है।
3. ऑक्सीजन- पाइरुविक अम्ल को कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में विभाजित करना।

प्रारंभिक चरण

ऊर्जा चयापचय के प्रारंभिक चरण में, भोजन के साथ प्राप्त कार्बनिक यौगिकों को सरल, आमतौर पर मोनोमर्स में तोड़ दिया जाता है। तो कार्बोहाइड्रेट ग्लूकोज सहित शर्करा में टूट जाते हैं; प्रोटीन - अमीनो एसिड के लिए; वसा - ग्लिसरॉल और वसायुक्त अम्ल.

हालांकि ऊर्जा जारी की जाती है, यह एटीपी में संग्रहीत नहीं होती है और इसलिए बाद में इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है। ऊष्मा के रूप में ऊर्जा का अपव्यय होता है।

बहुकोशिकीय जटिल जंतुओं में बहुलकों का विघटन होता है पाचन नालग्रंथियों द्वारा स्रावित एंजाइमों की क्रिया द्वारा। फिर गठित मोनोमर्स मुख्य रूप से आंतों के माध्यम से रक्त में अवशोषित होते हैं। पोषक तत्वों को रक्त में कोशिकाओं के माध्यम से ले जाया जाता है।

हालांकि, सभी पदार्थ पाचन तंत्र में मोनोमर्स के लिए विघटित नहीं होते हैं। कई का विभाजन सीधे कोशिकाओं में, उनके लाइसोसोम में होता है। एककोशिकीय जीवों में, अवशोषित पदार्थ पाचक रसधानियों में प्रवेश करते हैं, जहाँ वे पचते हैं।

परिणामी मोनोमर्स का उपयोग ऊर्जा और प्लास्टिक विनिमय दोनों के लिए किया जा सकता है। पहले मामले में, वे विभाजित होते हैं, और दूसरे मामले में, कोशिकाओं के घटक स्वयं उनसे संश्लेषित होते हैं।

ऊर्जा चयापचय का एनोक्सिक चरण

ऑक्सीजन मुक्त चरण कोशिकाओं के कोशिका द्रव्य में होता है और, एरोबिक जीवों के मामले में, इसमें केवल शामिल होता है ग्लाइकोलाइसिस - ग्लूकोज का एंजाइमेटिक मल्टीस्टेज ऑक्सीकरण और पाइरुविक एसिड में इसका टूटना, जिसे पाइरूवेट भी कहा जाता है।

ग्लूकोज अणु में छह कार्बन परमाणु होते हैं। ग्लाइकोलाइसिस के दौरान, यह पाइरूवेट के दो अणुओं में टूट जाता है, जिसमें तीन कार्बन परमाणु शामिल होते हैं। इस मामले में, हाइड्रोजन परमाणुओं का हिस्सा अलग हो जाता है, जो एनएडी कोएंजाइम में स्थानांतरित हो जाते हैं, जो बदले में, ऑक्सीजन चरण में भाग लेंगे।

ग्लाइकोलाइसिस के दौरान जारी ऊर्जा का एक हिस्सा एटीपी अणुओं में जमा होता है। ग्लूकोज के प्रति अणु में केवल दो एटीपी अणु संश्लेषित होते हैं।

एनएडी में संग्रहीत पाइरूवेट में शेष ऊर्जा, ऊर्जा चयापचय के अगले चरण में एरोबेस से आगे निकाली जाएगी।

अवायवीय परिस्थितियों में, जब कोशिकीय श्वसन का ऑक्सीजन चरण अनुपस्थित होता है, पाइरूवेट लैक्टिक एसिड में "बेअसर" हो जाता है या किण्वन से गुजरता है। इस मामले में, ऊर्जा संग्रहीत नहीं होती है। इस प्रकार, यहाँ एक उपयोगी ऊर्जा उत्पादन केवल अक्षम ग्लाइकोलाइसिस द्वारा प्रदान किया जाता है।

ऑक्सीजन चरण

माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीजन चरण होता है। इसके दो चरण हैं: क्रेब्स चक्र और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण। कोशिकाओं में प्रवेश करने वाली ऑक्सीजन का उपयोग सेकेंड में ही होता है। क्रेब्स चक्र कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन और विमोचन करता है।

क्रेब्स चक्रमाइटोकॉन्ड्रिया के मैट्रिक्स में होता है, कई एंजाइमों द्वारा किया जाता है। यह पाइरुविक एसिड अणु (या फैटी एसिड, अमीनो एसिड) को स्वयं प्राप्त नहीं करता है, लेकिन एसिटाइल समूह कोएंजाइम-ए की मदद से इससे अलग हो जाता है, जिसमें पूर्व पाइरूवेट के दो कार्बन परमाणु शामिल होते हैं। बहु-चरण क्रेब्स चक्र के दौरान, एसिटाइल समूह दो सीओ 2 अणुओं और हाइड्रोजन परमाणुओं में विभाजित होता है। हाइड्रोजन एनएडी और एफएडी के साथ जोड़ती है। जीडीपी अणु का संश्लेषण भी होता है, जिससे बाद में एटीपी का संश्लेषण होता है।

प्रति ग्लूकोज अणु में दो क्रेब्स चक्र होते हैं जो दो पाइरूवेट पैदा करते हैं। इस प्रकार, दो एटीपी अणु बनते हैं। यदि ऊर्जा चयापचय यहाँ समाप्त हो जाता है, तो ग्लूकोज अणु के कुल टूटने से 4 एटीपी अणु (दो ग्लाइकोलाइसिस से) मिलेंगे।

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरणक्राइस्ट पर होता है - माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली का बहिर्गमन। यह एंजाइम और कोएंजाइम के एक वाहक द्वारा प्रदान किया जाता है, जो तथाकथित श्वसन श्रृंखला का निर्माण करता है, जो एंजाइम एटीपी सिंथेटेस के साथ समाप्त होता है।

कोएंजाइम एनएडी और एफएडी से श्वसन श्रृंखला के माध्यम से हाइड्रोजन और इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित किया जाता है। स्थानांतरण इस तरह से किया जाता है कि हाइड्रोजन प्रोटॉन आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के बाहरी तरफ जमा हो जाते हैं, और श्रृंखला में अंतिम एंजाइम केवल इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करते हैं।

अंततः, इलेक्ट्रॉनों को झिल्ली के अंदर स्थित ऑक्सीजन अणुओं में स्थानांतरित कर दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप वे नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाते हैं। विद्युत संभावित प्रवणता का एक महत्वपूर्ण स्तर उत्पन्न होता है, जिससे एटीपी सिंथेटेस के चैनलों के माध्यम से प्रोटॉन की आवाजाही होती है। हाइड्रोजन प्रोटॉन की गति की ऊर्जा का उपयोग एटीपी अणुओं को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है, और प्रोटॉन स्वयं ऑक्सीजन आयनों के साथ मिलकर पानी के अणु बनाते हैं।

एटीपी अणुओं में व्यक्त श्वसन श्रृंखला के कामकाज का ऊर्जा उत्पादन बड़ा है और कुल मिलाकर एक प्रारंभिक ग्लूकोज अणु प्रति 32 से 34 एटीपी अणुओं तक होता है।

चयापचय (चयापचय)शरीर में होने वाली सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं की समग्रता है। इन सभी प्रतिक्रियाओं को 2 समूहों में बांटा गया है

1. प्लास्टिक एक्सचेंज(आत्मसात, उपचय, जैवसंश्लेषण) तब होता है जब से सरल पदार्थऊर्जा के व्यय के साथ गठित (संश्लेषित)अधिक जटिल। उदाहरण:

• प्रकाश संश्लेषण के दौरान, ग्लूकोज को कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से संश्लेषित किया जाता है।

2. ऊर्जा विनिमय(विघटन, अपचय, श्वसन) तब होता है जब जटिल पदार्थ टूटना (ऑक्सीकरण)सरल लोगों के लिए, और एक ही समय में ऊर्जा निकलती हैजीवन के लिए आवश्यक। उदाहरण:

• माइटोकॉन्ड्रिया में, ग्लूकोज, अमीनो एसिड और फैटी एसिड ऑक्सीजन द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकृत होते हैं, और ऊर्जा उत्पन्न होती है। (कोशिकीय श्वसन)

प्लास्टिक और ऊर्जा चयापचय का संबंध

• प्लास्टिक चयापचय कोशिका को जटिल कार्बनिक पदार्थ (प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट, न्यूक्लिक एसिड) प्रदान करता है, जिसमें ऊर्जा चयापचय के लिए एंजाइम प्रोटीन भी शामिल है।
• ऊर्जा चयापचय कोशिका को ऊर्जा प्रदान करता है। काम करते समय (मानसिक, पेशीय, आदि), ऊर्जा चयापचय बढ़ जाता है।

एटीपीकोशिका का सार्वत्रिक ऊर्जा पदार्थ है ( यूनिवर्सल बैटरीऊर्जा)। यह ऊर्जा चयापचय (कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण) की प्रक्रिया में बनता है।

• ऊर्जा चयापचय के दौरान, सभी पदार्थ टूट जाते हैं, और एटीपी संश्लेषित होता है। इस मामले में, सड़े हुए जटिल पदार्थों के रासायनिक बंधों की ऊर्जा एटीपी की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, ऊर्जा ATP . में संचित होती है.
• प्लास्टिक एक्सचेंज के दौरान, सभी पदार्थ संश्लेषित होते हैं, और एटीपी टूट जाता है। जिसमें एटीपी ऊर्जा की खपत होती है(एटीपी की ऊर्जा इन पदार्थों में संग्रहित जटिल पदार्थों के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है)।

एक चुनें, सबसे सही विकल्प। प्लास्टिक एक्सचेंज की प्रक्रिया में
1) अधिक जटिल कार्बोहाइड्रेट कम जटिल से संश्लेषित होते हैं
2) वसा ग्लिसरॉल और फैटी एसिड में परिवर्तित हो जाते हैं
3) कार्बन डाइऑक्साइड, पानी, नाइट्रोजन युक्त पदार्थों के निर्माण के साथ प्रोटीन का ऑक्सीकरण होता है
4) ऊर्जा निकलती है और एटीपी संश्लेषित होता है

उत्तर

तीन विकल्प चुनें। प्लास्टिक विनिमय ऊर्जा विनिमय से किस प्रकार भिन्न है?
1) ऊर्जा एटीपी अणुओं में संग्रहित होती है
2) एटीपी अणुओं में संग्रहित ऊर्जा की खपत होती है
3) कार्बनिक पदार्थ संश्लेषित होते हैं
4) कार्बनिक पदार्थों का टूटना होता है
5) चयापचय के अंतिम उत्पाद - कार्बन डाइऑक्साइड और पानी
6) चयापचय प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्रोटीन बनते हैं

उत्तर

एक चुनें, सबसे सही विकल्प। प्लास्टिक चयापचय की प्रक्रिया में, अणुओं को कोशिकाओं में संश्लेषित किया जाता है
1) प्रोटीन
2) पानी
3) एटीपी
4) अकार्बनिक पदार्थ

उत्तर

एक चुनें, सबसे सही विकल्प। प्लास्टिक और ऊर्जा चयापचय के बीच क्या संबंध है
1) प्लास्टिक एक्सचेंज ऊर्जा के लिए कार्बनिक पदार्थों की आपूर्ति करता है
2) ऊर्जा विनिमय प्लास्टिक के लिए ऑक्सीजन की आपूर्ति करता है
3) प्लास्टिक चयापचय ऊर्जा के लिए खनिजों की आपूर्ति करता है
4) प्लास्टिक एक्सचेंज ऊर्जा के लिए एटीपी अणुओं की आपूर्ति करता है

उत्तर

एक चुनें, सबसे सही विकल्प। ऊर्जा चयापचय की प्रक्रिया में, प्लास्टिक के विपरीत,
1) एटीपी अणुओं में निहित ऊर्जा का व्यय
2) एटीपी अणुओं के मैक्रोर्जिक बांड में ऊर्जा भंडारण
3) कोशिकाओं को प्रोटीन और लिपिड प्रदान करना
4) कोशिकाओं को कार्बोहाइड्रेट और न्यूक्लिक एसिड प्रदान करना

उत्तर

1. विनिमय की विशेषताओं और उसके प्रकार के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) प्लास्टिक, 2) ऊर्जा। संख्या 1 और 2 को सही क्रम में लिखिए।
ए) कार्बनिक पदार्थों का ऑक्सीकरण
बी) मोनोमर्स से पॉलिमर का निर्माण
बी) एटीपी . का टूटना
डी) सेल में ऊर्जा का भंडारण
डी) डीएनए प्रतिकृति
ई) ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण

उत्तर

2. एक कोशिका में चयापचय की विशेषताओं और उसके प्रकार के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) ऊर्जा, 2) प्लास्टिक। संख्या 1 और 2 को अक्षरों के संगत क्रम में लिखिए।
ए) ग्लूकोज का ऑक्सीजन मुक्त टूटना होता है
बी) राइबोसोम पर, क्लोरोप्लास्ट में होता है
सी) चयापचय के अंतिम उत्पाद - कार्बन डाइऑक्साइड और पानी
डी) कार्बनिक पदार्थ संश्लेषित होते हैं
डी) एटीपी अणुओं में संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग किया जाता है
ई) ऊर्जा एटीपी अणुओं में मुक्त और संग्रहीत होती है

उत्तर

3. मनुष्यों और उसके प्रकारों में चयापचय के संकेतों के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) प्लास्टिक चयापचय, 2) ऊर्जा चयापचय। संख्या 1 और 2 को सही क्रम में लिखिए।
ए) पदार्थ ऑक्सीकृत होते हैं
बी) पदार्थ संश्लेषित होते हैं
सी) ऊर्जा एटीपी अणुओं में संग्रहित होती है
डी) ऊर्जा खर्च की जाती है
डी) राइबोसोम प्रक्रिया में शामिल हैं
ई) माइटोकॉन्ड्रिया प्रक्रिया में शामिल हैं

उत्तर

4. चयापचय की विशेषताओं और उसके प्रकार के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) ऊर्जा, 2) प्लास्टिक। संख्या 1 और 2 को अक्षरों के संगत क्रम में लिखिए।
ए) डीएनए प्रतिकृति
बी) प्रोटीन जैवसंश्लेषण
बी) कार्बनिक पदार्थों का ऑक्सीकरण
डी) प्रतिलेखन
डी) एटीपी संश्लेषण
ई) रसायन विज्ञान

उत्तर

5. विशेषताओं और विनिमय के प्रकारों के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) प्लास्टिक, 2) ऊर्जा। संख्या 1 और 2 को अक्षरों के संगत क्रम में लिखिए।
ए) ऊर्जा एटीपी अणुओं में संग्रहित होती है
बी) बायोपॉलिमर संश्लेषित होते हैं
बी) कार्बन डाइऑक्साइड और पानी बनते हैं
डी) ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण होता है
डी) डीएनए प्रतिकृति होती है

उत्तर

ऊर्जा चयापचय से संबंधित तीन प्रक्रियाओं को चुनें।
1) वातावरण में ऑक्सीजन की रिहाई
2) कार्बन डाइऑक्साइड, पानी, यूरिया का निर्माण
3) ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण
4) ग्लूकोज संश्लेषण
5) ग्लाइकोलाइसिस
6) जल फोटोलिसिस

उत्तर

एक चुनें, सबसे सही विकल्प। मांसपेशियों के संकुचन के लिए आवश्यक ऊर्जा तब निकलती है जब
1) पाचन अंगों में कार्बनिक पदार्थों का टूटना
2) तंत्रिका आवेगों द्वारा पेशी की जलन
3) मांसपेशियों में कार्बनिक पदार्थों का ऑक्सीकरण
4) एटीपी संश्लेषण

उत्तर

एक चुनें, सबसे सही विकल्प। कोशिका में लिपिड के संश्लेषण में किस प्रक्रिया का परिणाम होता है?
1) प्रसार
2) जैविक ऑक्सीकरण
3) प्लास्टिक एक्सचेंज
4) ग्लाइकोलाइसिस

उत्तर

एक चुनें, सबसे सही विकल्प। प्लास्टिक चयापचय का मूल्य - शरीर की आपूर्ति
1)खनिज लवण
2) ऑक्सीजन
3) बायोपॉलिमर
4) ऊर्जा

उत्तर

एक चुनें, सबसे सही विकल्प। मानव शरीर में कार्बनिक पदार्थों का ऑक्सीकरण होता है
1) सांस लेते समय फुफ्फुसीय पुटिका
2) प्लास्टिक एक्सचेंज की प्रक्रिया में शरीर की कोशिकाएं
3) पाचन तंत्र में भोजन के पाचन की प्रक्रिया
4) ऊर्जा चयापचय की प्रक्रिया में शरीर की कोशिकाएं

उत्तर

एक चुनें, सबसे सही विकल्प। एक सेल में कौन सी चयापचय प्रतिक्रियाएं ऊर्जा लागत के साथ होती हैं?
1) ऊर्जा चयापचय की प्रारंभिक अवस्था
2) लैक्टिक एसिड किण्वन
3) कार्बनिक पदार्थों का ऑक्सीकरण
4) प्लास्टिक एक्सचेंज

उत्तर

1. प्रक्रियाओं और चयापचय के घटक भागों के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) उपचय (आत्मसात), 2) अपचय (विघटन)। संख्या 1 और 2 को सही क्रम में लिखिए।
ए) किण्वन
बी) ग्लाइकोलाइसिस
बी) श्वास
डी) प्रोटीन संश्लेषण
डी) प्रकाश संश्लेषण
ई) रसायन विज्ञान

उत्तर

2. विशेषताओं और चयापचय प्रक्रियाओं के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) आत्मसात (उपचय), 2) प्रसार (अपचय)। संख्या 1 और 2 को अक्षरों के संगत क्रम में लिखिए।
ए) शरीर के कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण
बी) एक प्रारंभिक चरण, ग्लाइकोलाइसिस और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण शामिल हैं
C) मुक्त ऊर्जा ATP . में संचित होती है
डी) पानी और कार्बन डाइऑक्साइड बनते हैं
डी) ऊर्जा लागत की आवश्यकता है
ई) क्लोरोप्लास्ट और राइबोसोम में होता है

उत्तर

पाँच में से दो सही उत्तर चुनिए और उन संख्याओं को लिखिए जिनके अंतर्गत उन्हें दर्शाया गया है। चयापचय जीवित प्रणालियों के मुख्य गुणों में से एक है, इसकी विशेषता यह है कि क्या होता है
1) चयनात्मक प्रतिक्रिया बाहरी प्रभाववातावरण
2) के साथ शारीरिक प्रक्रियाओं और कार्यों की तीव्रता में परिवर्तन अलग अवधिसंकोच
3) पीढ़ी से पीढ़ी तक सुविधाओं और गुणों का संचरण
4) आवश्यक पदार्थों का अवशोषण और अपशिष्ट उत्पादों का उत्सर्जन
5) आंतरिक वातावरण की अपेक्षाकृत स्थिर भौतिक और रासायनिक संरचना को बनाए रखना

उत्तर

1. प्लास्टिक एक्सचेंज का वर्णन करने के लिए नीचे दिए गए दो शब्दों को छोड़कर सभी का उपयोग किया जाता है। दो शब्दों की पहचान करें जो सामान्य सूची से "बाहर आते हैं", और उन संख्याओं को लिखिए जिनके तहत उन्हें दर्शाया गया है।
1) प्रतिकृति
2) दोहराव
3) प्रसारण
4) स्थानान्तरण
5) प्रतिलेखन

उत्तर

2. नीचे सूचीबद्ध सभी अवधारणाओं, दो को छोड़कर, सेल में प्लास्टिक चयापचय का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जाता है। उन दो अवधारणाओं की पहचान करें जो सामान्य सूची से "बाहर" आती हैं, और उन संख्याओं को लिखिए जिनके तहत उन्हें दर्शाया गया है।
1) आत्मसात
2) प्रसार
3) ग्लाइकोलाइसिस
4) प्रतिलेखन
5) प्रसारण

उत्तर

3. नीचे सूचीबद्ध शब्द, दो को छोड़कर, प्लास्टिक एक्सचेंज को चिह्नित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। सामान्य सूची से बाहर आने वाले दो शब्दों की पहचान करें और उन संख्याओं को लिखिए जिनके अंतर्गत उन्हें दर्शाया गया है।
1) बंटवारा
2) ऑक्सीकरण
3) प्रतिकृति
4) प्रतिलेखन
5) रसायनसंश्लेषण

उत्तर

एक चुनें, सबसे सही विकल्प। नाइट्रोजनस बेस एडेनिन, राइबोज और तीन फॉस्फोरिक एसिड अवशेष हैं
1) डीएनए
2) आरएनए
3) एटीपी
4) गिलहरी

उत्तर

सेल में ऊर्जा चयापचय को चिह्नित करने के लिए, दो को छोड़कर, नीचे दिए गए सभी संकेतों का उपयोग किया जा सकता है। उन दो विशेषताओं की पहचान करें जो सामान्य सूची से "बाहर" हो जाती हैं, और उन संख्याओं के जवाब में लिखिए जिनके तहत उन्हें दर्शाया गया है।
1) ऊर्जा अवशोषण के साथ आता है
2) माइटोकॉन्ड्रिया में समाप्त होता है
3) राइबोसोम में समाप्त होता है
4) एटीपी अणुओं के संश्लेषण के साथ है
5) कार्बन डाइऑक्साइड के निर्माण के साथ समाप्त होता है

उत्तर

दिए गए पाठ में तीन त्रुटियां खोजें। उन प्रस्तावों की संख्या निर्दिष्ट करें जिनमें वे किए गए हैं।(1) चयापचय, या चयापचय, एक कोशिका और एक जीव के पदार्थों के संश्लेषण और क्षय की प्रतिक्रियाओं का एक समूह है, जो ऊर्जा की रिहाई या अवशोषण से जुड़ा है। (2) कम आणविक भार यौगिकों से उच्च आणविक भार कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण के लिए प्रतिक्रियाओं के सेट को प्लास्टिक एक्सचेंज कहा जाता है। (3) एटीपी अणु प्लास्टिक विनिमय प्रतिक्रियाओं में संश्लेषित होते हैं। (4) प्रकाश संश्लेषण को ऊर्जा चयापचय के रूप में जाना जाता है। (5) रसायनसंश्लेषण के परिणामस्वरूप, सूर्य की ऊर्जा के कारण अकार्बनिक पदार्थों से कार्बनिक पदार्थ संश्लेषित होते हैं।

उत्तर

© डी.वी. पॉज़्न्याकोव, 2009-2019

खपत पारिस्थितिकी विज्ञान और प्रौद्योगिकी: वैकल्पिक ऊर्जा की मुख्य समस्याओं में से एक अक्षय स्रोतों से इसकी असमान आपूर्ति है। आइए विचार करें कि किस प्रकार की ऊर्जा को संग्रहीत किया जा सकता है (हालांकि व्यावहारिक उपयोग के लिए हमें संग्रहीत ऊर्जा को बिजली या गर्मी में बदलने की आवश्यकता होगी)।

वैकल्पिक ऊर्जा की मुख्य समस्याओं में से एक अक्षय स्रोतों से इसकी असमान आपूर्ति है। सूरज केवल दिन में चमकता है और बादल रहित मौसम में हवा या तो चलती है या थम जाती है। हाँ, और बिजली की आवश्यकता स्थिर नहीं है, उदाहरण के लिए, यह दिन के दौरान प्रकाश के लिए कम और शाम को अधिक लेती है। और लोग इसे तब पसंद करते हैं जब शहर और गांव रात में रोशनी से भर जाते हैं। ठीक है, या कम से कम सिर्फ सड़कों पर रोशनी है। तो कार्य उत्पन्न होता है - प्राप्त ऊर्जा को कुछ समय के लिए बचाने के लिए इसका उपयोग करने के लिए जब इसकी आवश्यकता अधिकतम होती है, और प्रवाह पर्याप्त नहीं होता है।

ऊर्जा के 6 मुख्य प्रकार हैं: गुरुत्वाकर्षण, यांत्रिक, थर्मल, रासायनिक, विद्युत चुम्बकीय और परमाणु। आज तक, मानवता ने सीखा है कि पहले पांच प्रकार की ऊर्जा के लिए कृत्रिम बैटरी कैसे बनाई जाती है (ठीक है, इस तथ्य को छोड़कर कि परमाणु ईंधन के उपलब्ध स्टॉक कृत्रिम मूल के हैं)। यहां हम इस बात पर विचार करेंगे कि इनमें से प्रत्येक प्रकार की ऊर्जा को कैसे संग्रहीत और संग्रहीत किया जा सकता है (हालांकि व्यावहारिक उपयोग के लिए हमें संचित ऊर्जा को बिजली या गर्मी में बदलने की आवश्यकता होगी)।

गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा संचायक

इस प्रकार के संचयकों में, ऊर्जा संचय के चरण में, भार बढ़ता है, जमा होता है संभावित ऊर्जा, और सही समय पर यह वापस गिर जाता है, इस ऊर्जा को लाभ के साथ लौटाता है। कार्गो के रूप में ठोस या तरल पदार्थ का उपयोग प्रत्येक प्रकार के डिजाइन में अपनी विशेषताओं को लाता है। उनके बीच एक मध्यवर्ती स्थिति में थोक सामग्री (रेत, सीसा शॉट, छोटी स्टील की गेंदें, आदि) का उपयोग होता है।

ग्रेविटी सॉलिड स्टेट एनर्जी स्टोरेज

गुरुत्वाकर्षण यांत्रिक भंडारण उपकरणों का सार यह है कि एक निश्चित भार ऊंचाई तक बढ़ जाता है और सही समयजारी किया गया, जिससे जनरेटर अक्ष रास्ते में घूमने लगा। ऐसी ऊर्जा भंडारण पद्धति के कार्यान्वयन का एक उदाहरण कैलिफ़ोर्निया कंपनी एडवांस्ड रेल एनर्जी स्टोरेज (एआरईएस) द्वारा प्रस्तावित उपकरण है। विचार सरल है: ऐसे समय में जब सौर पैनल और पवन चक्कियां बहुत अधिक ऊर्जा का उत्पादन करती हैं, विशेष भारी कारों को इलेक्ट्रिक मोटर्स की मदद से ऊपर की ओर चलाया जाता है। रात और शाम में, जब उपभोक्ताओं को प्रदान करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा स्रोत नहीं होते हैं, तो कारें नीचे चली जाती हैं और जनरेटर के रूप में काम करने वाली मोटरें संचित ऊर्जा को वापस नेटवर्क में लौटा देती हैं।

इस वर्ग के लगभग सभी यांत्रिक भंडारण उपकरणों में एक बहुत ही सरल डिजाइन है, और इसलिए उच्च विश्वसनीयता और लंबी सेवा जीवन है। एक बार संग्रहीत ऊर्जा का भंडारण समय व्यावहारिक रूप से असीमित होता है, जब तक कि भार और संरचनात्मक तत्व बुढ़ापे या क्षरण से समय के साथ उखड़ न जाएं।

ठोस उठाने में संग्रहित ऊर्जा बहुत कम समय में मुक्त की जा सकती है। ऐसे उपकरणों से प्राप्त शक्ति पर सीमा केवल मुक्त गिरावट के त्वरण द्वारा लगाई जाती है, जो गिरने वाले भार की गति में वृद्धि की अधिकतम दर निर्धारित करती है।

दुर्भाग्य से, ऐसे उपकरणों की विशिष्ट ऊर्जा खपत कम है और शास्त्रीय सूत्र ई = एम · जी · एच द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस प्रकार, 1 लीटर पानी को 20 डिग्री सेल्सियस से 100 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए ऊर्जा को स्टोर करने के लिए, एक टन कार्गो को कम से कम 35 मीटर (या 10 टन x 3.5 मीटर) की ऊंचाई तक उठाना आवश्यक है। इसलिए, जब अधिक ऊर्जा को संग्रहीत करने की आवश्यकता होती है, तो यह तुरंत भारी और, एक अपरिहार्य परिणाम के रूप में, महंगी संरचनाओं को बनाने की आवश्यकता की ओर जाता है।

ऐसी प्रणालियों का नुकसान यह भी है कि जिस पथ पर भार चलता है वह मुक्त और काफी सीधा होना चाहिए, और इस क्षेत्र में चीजों, लोगों और जानवरों के आकस्मिक प्रवेश की संभावना को बाहर करना भी आवश्यक है।

गुरुत्वाकर्षण द्रव भंडारण

सॉलिड-स्टेट कार्गो के विपरीत, तरल पदार्थ का उपयोग करते समय, लिफ्ट की पूरी ऊंचाई के लिए बड़े क्रॉस-सेक्शन के सीधे शाफ्ट बनाने की आवश्यकता नहीं होती है - तरल भी घुमावदार पाइपों के साथ पूरी तरह से चलता है, जिसका क्रॉस सेक्शन केवल पर्याप्त होना चाहिए उनके माध्यम से अधिकतम डिजाइन प्रवाह पारित करें। इसलिए, ऊपरी और निचले टैंकों को एक दूसरे के नीचे नहीं रखना पड़ता है, लेकिन पर्याप्त दूरी से अलग किया जा सकता है।

यह वह वर्ग है जिसमें पंप किए गए भंडारण बिजली संयंत्र (पीएसपीपी) शामिल हैं।

गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा के छोटे पैमाने के हाइड्रोलिक संचायक भी हैं। सबसे पहले, हम एक टावर पर एक कंटेनर में भूमिगत जलाशय (कुएं) से 10 टन पानी पंप करते हैं। फिर गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत टैंक से पानी एक विद्युत जनरेटर के साथ टरबाइन को घुमाते हुए वापस टैंक में प्रवाहित होता है। ऐसी ड्राइव का सेवा जीवन 20 वर्ष या उससे अधिक हो सकता है। लाभ: पवन टरबाइन का उपयोग करते समय, बाद वाला सीधे पानी के पंप को चला सकता है, एक टॉवर पर एक टैंक से पानी का उपयोग अन्य जरूरतों के लिए किया जा सकता है।

दुर्भाग्य से, हाइड्रोलिक सिस्टम को ठोस-राज्य वाले की तुलना में उचित तकनीकी स्थिति में बनाए रखना अधिक कठिन होता है - सबसे पहले, यह टैंकों और पाइपलाइनों की जकड़न और शट-ऑफ और पंपिंग उपकरणों की सेवाक्षमता की चिंता करता है। और एक और महत्वपूर्ण शर्त - ऊर्जा के संचय और उपयोग के समय, काम कर रहे तरल पदार्थ (कम से कम इसका काफी बड़ा हिस्सा) एकत्रीकरण की तरल अवस्था में होना चाहिए, और बर्फ या भाप के रूप में नहीं होना चाहिए। लेकिन कभी-कभी ऐसे संचयकों में अतिरिक्त मुफ्त ऊर्जा प्राप्त करना संभव होता है, उदाहरण के लिए, जब ऊपरी जलाशय को पिघल या बारिश के पानी से भर दिया जाता है।

यांत्रिक ऊर्जा भंडारण

यांत्रिक ऊर्जा व्यक्तिगत निकायों या उनके कणों की परस्पर क्रिया, गति में प्रकट होती है। इसमें शरीर की गति या घूर्णन की गतिज ऊर्जा, झुकने, खींचने, घुमाने, संपीड़न के दौरान विरूपण की ऊर्जा शामिल है लोचदार शरीर(स्प्रिंग्स)।

जाइरोस्कोपिक एनर्जी स्टोरेज

जाइरोस्कोपिक संचायक में, ऊर्जा तेजी से घूमने वाले चक्का की गतिज ऊर्जा के रूप में संग्रहीत होती है। प्रति किलोग्राम चक्का वजन में संग्रहीत विशिष्ट ऊर्जा एक किलोग्राम स्थिर वजन में संग्रहीत की जा सकती है, यहां तक ​​कि इसे एक बड़ी ऊंचाई तक उठाकर, और नवीनतम उच्च-तकनीकी विकास रासायनिक ऊर्जा की तुलना में संग्रहीत ऊर्जा घनत्व का वादा करते हैं। सबसे कुशल प्रकार के रासायनिक ईंधन का इकाई द्रव्यमान।

चक्का का एक और विशाल प्लस बहुत बड़ी शक्ति को जल्दी से वापस करने या प्राप्त करने की क्षमता है, जो केवल यांत्रिक संचरण या विद्युत, वायवीय या हाइड्रोलिक प्रसारण की "क्षमता" के मामले में सामग्री की तन्य शक्ति द्वारा सीमित है।

दुर्भाग्य से, चक्का रोटेशन के विमान के अलावा अन्य विमानों में झटके और घुमाव के प्रति संवेदनशील होते हैं, क्योंकि इससे विशाल जाइरोस्कोपिक भार पैदा होते हैं जो धुरी को मोड़ते हैं। इसके अलावा, चक्का द्वारा संचित ऊर्जा का भंडारण समय अपेक्षाकृत कम होता है, और पारंपरिक डिजाइनों के लिए यह आमतौर पर कुछ सेकंड से लेकर कई घंटों तक होता है। इसके अलावा, घर्षण के कारण होने वाली ऊर्जा हानि बहुत अधिक ध्यान देने योग्य हो जाती है ... हालाँकि, आधुनिक तकनीकआपको भंडारण समय को नाटकीय रूप से बढ़ाने की अनुमति देता है - कई महीनों तक।

अंत में, एक और अप्रिय क्षण - चक्का द्वारा संग्रहीत ऊर्जा सीधे इसकी घूर्णन गति पर निर्भर करती है, इसलिए, जैसे ही ऊर्जा संचित या मुक्त होती है, रोटेशन की गति हर समय बदलती रहती है। इसी समय, लोड को अक्सर एक स्थिर रोटेशन गति की आवश्यकता होती है, प्रति मिनट कई हजार क्रांतियों से अधिक नहीं। इस कारण से, चक्का से बिजली स्थानांतरित करने के लिए विशुद्ध रूप से यांत्रिक प्रणालियां निर्माण के लिए बहुत जटिल हो सकती हैं। कभी-कभी चक्का के समान शाफ्ट पर स्थित एक मोटर-जनरेटर का उपयोग करके या एक कठोर गियरबॉक्स द्वारा उससे जुड़ा हुआ इलेक्ट्रोमैकेनिकल ट्रांसमिशन द्वारा स्थिति को सरल बनाया जा सकता है। लेकिन तब तारों और वाइंडिंग को गर्म करने के लिए ऊर्जा की हानि अपरिहार्य है, जो अच्छे चर में घर्षण और पर्ची के नुकसान की तुलना में बहुत अधिक हो सकती है।

विशेष रूप से आशाजनक तथाकथित सुपर-फ्लाईव्हील हैं, जिनमें स्टील टेप, तार या उच्च शक्ति वाले सिंथेटिक फाइबर के कॉइल होते हैं। घुमावदार घनी हो सकती है, या इसमें विशेष रूप से खाली जगह छोड़ी जा सकती है। बाद के मामले में, जैसे ही चक्का खुल जाता है, टेप के कुंडल इसके केंद्र से घूर्णन की परिधि में चले जाते हैं, चक्का की जड़ता के क्षण को बदलते हैं, और यदि टेप वसंत है, तो ऊर्जा का हिस्सा ऊर्जा में संग्रहीत करता है वसंत के लोचदार विरूपण के कारण। नतीजतन, इस तरह के चक्का में, रोटेशन की गति सीधे संचित ऊर्जा से संबंधित नहीं होती है और सबसे सरल वन-पीस संरचनाओं की तुलना में बहुत अधिक स्थिर होती है, और उनकी ऊर्जा खपत काफ़ी अधिक होती है।

अधिक ऊर्जा तीव्रता के अलावा, वे विभिन्न दुर्घटनाओं के मामले में सुरक्षित हैं, क्योंकि, एक बड़े अखंड चक्का के टुकड़ों के विपरीत, ऊर्जा और विनाशकारी शक्ति में तोप के गोले के बराबर, एक वसंत के टुकड़ों में बहुत कम "हानिकारक शक्ति" होती है और आमतौर पर काफी प्रभावी ढंग से मामले की दीवारों के खिलाफ घर्षण के कारण फटने वाले चक्का को धीमा कर दें। इसी कारण से, आधुनिक ठोस चक्का, जिसे भौतिक शक्ति के पुनर्वितरण के करीब मोड में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, को अक्सर अखंड नहीं बनाया जाता है, लेकिन एक बांधने की मशीन के साथ लगाए गए केबल या फाइबर से बुना जाता है।

रोटेशन के निर्वात कक्ष के साथ आधुनिक डिजाइन और केवलर फाइबर से बने सुपरफ्लाईव्हील के चुंबकीय निलंबन 5 एमजे / किग्रा से अधिक की संग्रहीत ऊर्जा घनत्व प्रदान करते हैं, और वे हफ्तों और महीनों के लिए गतिज ऊर्जा को स्टोर कर सकते हैं। आशावादी अनुमानों के अनुसार, घुमावदार के लिए भारी शुल्क वाले "सुपरकार्बन" फाइबर के उपयोग से रोटेशन की गति और संग्रहीत ऊर्जा के विशिष्ट घनत्व में कई गुना अधिक वृद्धि होगी - 2-3 GJ / किग्रा तक (वे वादा करते हैं कि एक स्पिन-अप का 100-150 किलोग्राम वजन का ऐसा चक्का एक लाख किलोमीटर या उससे अधिक की दौड़ के लिए पर्याप्त होगा, यानी कार के लगभग पूरे जीवन के लिए!) हालाँकि, इस फाइबर की कीमत भी सोने की कीमत से कई गुना अधिक है, इसलिए अरब शेख भी अभी तक ऐसी मशीनों का खर्च नहीं उठा सकते हैं ... नूरबे गुलिया की किताब में फ्लाईव्हील ड्राइव के बारे में अधिक जानकारी मिल सकती है।

जाइरोरेसोनेंस ऊर्जा भंडारण

ये ड्राइव एक ही चक्का हैं, लेकिन एक लोचदार सामग्री (उदाहरण के लिए, रबर) से बने हैं। नतीजतन, इसमें मौलिक रूप से नए गुण हैं। जैसे-जैसे गति बढ़ती है, इस तरह के चक्का पर "बहिर्वाह" - "पंखुड़ियों" का निर्माण शुरू होता है - पहले यह एक दीर्घवृत्त में बदल जाता है, फिर तीन, चार या अधिक "पंखुड़ियों" के साथ "फूल" में ... इसके अलावा, गठन के बाद "पंखुड़ियों" की शुरुआत होती है, चक्का रोटेशन की गति पहले से ही व्यावहारिक रूप से नहीं बदलती है, और ऊर्जा चक्का सामग्री के लोचदार विरूपण की गुंजयमान लहर में संग्रहीत होती है, जो इन "पंखुड़ियों" का निर्माण करती है।

1970 के दशक के अंत और 1980 के दशक की शुरुआत में, N.Z. Garmash डोनेट्स्क में इस तरह के निर्माण में लगे हुए थे। उनके परिणाम प्रभावशाली हैं - उनके अनुमान के अनुसार, केवल 7-8 हजार आरपीएम की चक्का संचालन गति के साथ, संग्रहीत ऊर्जा कार के लिए समान आकार के पारंपरिक चक्का के साथ 1,500 किमी बनाम 30 किमी की यात्रा करने के लिए पर्याप्त थी। दुर्भाग्य से, इस प्रकार की ड्राइव के बारे में अधिक हाल की जानकारी अज्ञात है।

लोचदार बलों का उपयोग कर यांत्रिक संचायक

उपकरणों के इस वर्ग में संग्रहित ऊर्जा की एक बहुत बड़ी विशिष्ट क्षमता होती है। यदि छोटे आयामों (कई सेंटीमीटर) का निरीक्षण करना आवश्यक है, तो यांत्रिक भंडारण उपकरणों में इसकी ऊर्जा तीव्रता सबसे अधिक है। यदि वजन और आकार की विशेषताओं की आवश्यकताएं इतनी कठोर नहीं हैं, तो बड़े अल्ट्रा-हाई-स्पीड फ्लाईव्हील ऊर्जा की तीव्रता के मामले में इससे आगे निकल जाते हैं, लेकिन वे बाहरी कारकों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं और ऊर्जा भंडारण का समय बहुत कम होता है।

वसंत यांत्रिक संचायक

वसंत का संपीड़न और विस्तार प्रति यूनिट समय में ऊर्जा का एक बहुत बड़ा प्रवाह और आपूर्ति प्रदान कर सकता है - शायद सभी प्रकार के ऊर्जा भंडारण उपकरणों में उच्चतम यांत्रिक शक्ति। जैसा कि चक्का में होता है, यह केवल सामग्री की तन्यता ताकत द्वारा सीमित होता है, लेकिन स्प्रिंग्स आमतौर पर काम करने वाले ट्रांसलेशनल मूवमेंट को सीधे लागू करते हैं, और फ्लाईव्हील में आप एक जटिल ट्रांसमिशन के बिना नहीं कर सकते हैं (यह कोई संयोग नहीं है कि वायवीय हथियार या तो मैकेनिकल मेनस्प्रिंग्स का उपयोग करते हैं या गैस कनस्तर, जो संक्षेप में, वे पूर्व-चार्ज वायवीय स्प्रिंग्स हैं; आग्नेयास्त्रों के आगमन से पहले, वसंत हथियारों का उपयोग कुछ दूरी पर युद्ध के लिए भी किया जाता था - धनुष और क्रॉसबो, जो पेशेवर में अपनी गतिज ऊर्जा संचय के साथ गोफन को पूरी तरह से बदल देते थे। नए युग से बहुत पहले सैनिक)।

एक संपीड़ित वसंत में संचित ऊर्जा का भंडारण जीवन कई वर्षों तक हो सकता है। हालांकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि निरंतर विरूपण के प्रभाव में, कोई भी सामग्री समय के साथ थकान जमा करती है, और वसंत धातु की क्रिस्टल जाली धीरे-धीरे बदलती है, और आंतरिक तनाव जितना अधिक होता है और परिवेश का तापमान जितना अधिक होता है, उतनी ही जल्दी और बहुत हद तक ऐसा होगा। इसलिए, कई दशकों के बाद, एक संपीड़ित वसंत, बाहरी रूप से बदले बिना, पूरी तरह या आंशिक रूप से "निर्वहन" हो सकता है। हालांकि, उच्च गुणवत्ता वाले स्टील स्प्रिंग्स, अगर वे अति ताप या हाइपोथर्मिया के अधीन नहीं हैं, तो क्षमता के नुकसान के बिना सदियों तक काम करने में सक्षम हैं। उदाहरण के लिए, एक पूर्ण कारखाने की एक पुरानी यांत्रिक दीवार घड़ी अभी भी दो सप्ताह तक चलती है - ठीक उसी तरह जैसे उसने आधी सदी से भी पहले की थी जब इसे बनाया गया था।

यदि वसंत को धीरे-धीरे समान रूप से "चार्ज" और "डिस्चार्ज" करना आवश्यक है, तो इसे प्रदान करने वाला तंत्र बहुत जटिल और मकर हो सकता है (उसी यांत्रिक घड़ी को देखें - वास्तव में, बहुत सारे गियर और अन्य भाग इस उद्देश्य की पूर्ति करते हैं ) एक इलेक्ट्रोमैकेनिकल ट्रांसमिशन स्थिति को सरल बना सकता है, लेकिन यह आमतौर पर ऐसे उपकरण की तात्कालिक शक्ति पर महत्वपूर्ण प्रतिबंध लगाता है, और कम शक्तियों (कुछ सौ वाट या उससे कम) के साथ काम करते समय, इसकी दक्षता बहुत कम होती है। एक अलग कार्य न्यूनतम मात्रा में अधिकतम ऊर्जा का संचय है, क्योंकि इस मामले में यांत्रिक तनाव उत्पन्न होते हैं जो उपयोग की जाने वाली सामग्रियों की अंतिम ताकत के करीब होते हैं, जिसके लिए विशेष रूप से सावधानीपूर्वक गणना और त्रुटिहीन कारीगरी की आवश्यकता होती है।

यहां स्प्रिंग्स के बारे में बोलते हुए, न केवल धातु, बल्कि अन्य लोचदार ठोस तत्वों को भी ध्यान में रखना चाहिए। उनमें से सबसे आम रबर बैंड हैं। वैसे, प्रति यूनिट द्रव्यमान में संग्रहीत ऊर्जा के संदर्भ में, रबर स्टील से दस गुना अधिक है, लेकिन यह लगभग समान संख्या में कम कार्य करता है, और स्टील के विपरीत, सक्रिय उपयोग के बिना और आदर्श बाहरी के साथ भी कुछ वर्षों के बाद अपने गुणों को खो देता है। स्थितियां। स्थितियां - अपेक्षाकृत तेजी से रासायनिक उम्र बढ़ने और सामग्री के क्षरण के कारण।

गैस यांत्रिक भंडारण

उपकरणों के इस वर्ग में, संपीड़ित गैस की लोच के कारण ऊर्जा संग्रहीत होती है। अधिक ऊर्जा के साथ, कंप्रेसर सिलेंडर में गैस पंप करता है। जब संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, तो टरबाइन को संपीड़ित गैस की आपूर्ति की जाती है, जो सीधे आवश्यक यांत्रिक कार्य करता है या विद्युत जनरेटर को घुमाता है। टरबाइन के बजाय, आप एक पिस्टन इंजन का उपयोग कर सकते हैं, जो कम शक्ति पर अधिक कुशल है (वैसे, प्रतिवर्ती पिस्टन इंजन-कंप्रेसर भी हैं)।

लगभग हर आधुनिक औद्योगिक कंप्रेसर एक समान बैटरी - रिसीवर से लैस है। सच है, वहां दबाव शायद ही कभी 10 एटीएम से अधिक होता है, और इसलिए ऐसे रिसीवर में ऊर्जा भंडार बहुत बड़ा नहीं होता है, लेकिन यहां तक ​​\u200b\u200bकि यह आमतौर पर स्थापना के संसाधन को बढ़ाने और ऊर्जा बचाने के लिए कई बार अनुमति देता है।

दसियों और सैकड़ों वायुमंडलों के दबाव में संपीड़ित गैस लगभग असीमित समय (महीनों, वर्षों, और रिसीवर और वाल्व की उच्च गुणवत्ता के साथ - दसियों वर्षों के लिए संग्रहीत ऊर्जा का पर्याप्त उच्च विशिष्ट घनत्व प्रदान कर सकती है - यह नहीं है बिना कारण के कि संपीड़ित गैस के साथ कारतूस का उपयोग करने वाले वायवीय हथियार इतने व्यापक हो गए हैं)। हालांकि, इंस्टॉलेशन में शामिल टर्बाइन या पिस्टन इंजन वाला कंप्रेसर बल्कि जटिल, आकर्षक उपकरण हैं और उनके पास बहुत सीमित संसाधन हैं।

ऊर्जा भंडार बनाने के लिए एक आशाजनक तकनीक उस समय उपलब्ध ऊर्जा की कीमत पर हवा का संपीड़न है जब बाद की कोई प्रत्यक्ष आवश्यकता नहीं होती है। संपीड़ित हवा को ठंडा किया जाता है और 60-70 वायुमंडल के दबाव में संग्रहीत किया जाता है। यदि संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग करना आवश्यक है, तो हवा को संचायक से निकाला जाता है, गर्म किया जाता है, और फिर एक विशेष गैस टरबाइन में प्रवेश किया जाता है, जहां संपीड़ित और गर्म हवा की ऊर्जा टरबाइन के चरणों को घुमाती है, जिसका शाफ्ट एक विद्युत से जुड़ा होता है। जनरेटर जो बिजली व्यवस्था को बिजली पैदा करता है।

संपीड़ित हवा को स्टोर करने के लिए, उदाहरण के लिए, उपयुक्त खदान कामकाज या नमक चट्टानों में विशेष रूप से बनाए गए भूमिगत टैंकों का उपयोग करने का प्रस्ताव है। अवधारणा नई नहीं है, एक भूमिगत गुफा में संपीड़ित हवा का भंडारण 1948 में वापस पेटेंट कराया गया था, और 290 मेगावाट की क्षमता वाला पहला संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण (CAES) संयंत्र 1978 से जर्मनी में हंटोरफ पावर प्लांट में काम कर रहा है। . वायु संपीडन अवस्था के दौरान, ऊष्मा के रूप में बड़ी मात्रा में ऊर्जा नष्ट हो जाती है। इस खोई हुई ऊर्जा की भरपाई गैस टरबाइन में विस्तार चरण से पहले संपीड़ित हवा द्वारा की जानी चाहिए, जिसके लिए हाइड्रोकार्बन ईंधन का उपयोग किया जाता है, जिसकी मदद से हवा का तापमान बढ़ाया जाता है। इसका मतलब है कि इंस्टॉलेशन 100% कुशल से बहुत दूर हैं।

सीएईएस की प्रभावशीलता में सुधार के लिए एक आशाजनक दिशा है। इसमें हवा के संपीड़न और शीतलन के चरण में कंप्रेसर के संचालन के दौरान जारी गर्मी को बनाए रखना और संग्रहीत करना शामिल है, इसके बाद ठंडी हवा (तथाकथित पुनर्प्राप्ति) के पुन: उपयोग के दौरान पुन: उपयोग किया जाता है। हालाँकि, CAES के इस संस्करण में महत्वपूर्ण तकनीकी कठिनाइयाँ हैं, विशेष रूप से दीर्घकालिक ताप भंडारण प्रणाली बनाने की दिशा में। यदि इन समस्याओं का समाधान हो जाता है, तो AA-CAES (उन्नत एडियाबेटिक-CAES) बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकता है, एक ऐसा मुद्दा जिसे दुनिया भर के शोधकर्ताओं ने उठाया है।

कनाडाई स्टार्टअप हाइड्रोस्टोर के सदस्यों ने एक और असामान्य समाधान प्रस्तावित किया है - पानी के नीचे के बुलबुले में ऊर्जा पंप करने के लिए।

थर्मल ऊर्जा भंडारण

हमारी जलवायु परिस्थितियों में, खपत की गई ऊर्जा का एक बहुत ही महत्वपूर्ण (अक्सर मुख्य) हिस्सा हीटिंग पर खर्च किया जाता है। इसलिए, भंडारण में सीधे गर्मी जमा करना और फिर इसे वापस प्राप्त करना बहुत सुविधाजनक होगा। दुर्भाग्य से, ज्यादातर मामलों में, संग्रहीत ऊर्जा घनत्व बहुत कम है, और इसके संरक्षण का समय बहुत सीमित है।

ठोस या उपभोज्य ताप भंडारण सामग्री के साथ थर्मल संचायक हैं; तरल; भाप; थर्मोकेमिकल; इलेक्ट्रिक हीटिंग तत्व के साथ। ऊष्मा संचयकों को एक ठोस ईंधन बॉयलर, एक सौर प्रणाली या एक संयुक्त प्रणाली के साथ एक प्रणाली से जोड़ा जा सकता है।

गर्मी क्षमता के कारण ऊर्जा भंडारण

इस प्रकार के संचायकों में कार्यशील द्रव के रूप में कार्य करने वाले पदार्थ की ऊष्मा क्षमता के कारण ऊष्मा संचित होती है। गर्मी संचायक का एक उत्कृष्ट उदाहरण रूसी स्टोव है। उसे दिन में एक बार गर्म किया जाता था और फिर वह दिन में घर को गर्म करती थी। आजकल, एक गर्मी संचयक का अर्थ अक्सर गर्म पानी के भंडारण के लिए कंटेनर होता है, जो उच्च थर्मल इन्सुलेशन गुणों वाली सामग्री के साथ पंक्तिबद्ध होता है।

ठोस ताप वाहकों पर आधारित ताप संचायक भी होते हैं, उदाहरण के लिए, सिरेमिक ईंटों में।

विभिन्न पदार्थों में अलग-अलग ताप क्षमता होती है। अधिकांश के लिए, यह 0.1 से 2 kJ/(kg K) की सीमा में है। पानी की ऊष्मा क्षमता असामान्य रूप से उच्च होती है - तरल अवस्था में इसकी ऊष्मा क्षमता लगभग 4.2 kJ/(kg K) होती है। केवल बहुत ही विदेशी लिथियम में उच्च ताप क्षमता होती है - 4.4 kJ/(kg·K)।

हालांकि, विशिष्ट ताप क्षमता (द्रव्यमान द्वारा) के अलावा, वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए, जिससे यह निर्धारित करना संभव हो जाता है कि समान मात्रा में विभिन्न पदार्थों के तापमान को समान मात्रा में बदलने के लिए कितनी गर्मी की आवश्यकता होती है। . इसकी गणना सामान्य विशिष्ट (द्रव्यमान) ताप क्षमता से संबंधित पदार्थ के विशिष्ट घनत्व से गुणा करके की जाती है। वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता को निर्देशित किया जाना चाहिए जब गर्मी संचायक की मात्रा उसके वजन से अधिक महत्वपूर्ण हो।

उदाहरण के लिए, स्टील की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता केवल 0.46 kJ / (kg K) है, लेकिन घनत्व 7800 kg / m3 है, और, पॉलीप्रोपाइलीन के लिए - 1.9 kJ / (kg K) - 4 गुना अधिक है, लेकिन इसका घनत्व केवल 900 किग्रा/घन घन मीटर है। इसलिए, समान मात्रा के साथ, स्टील पॉलीप्रोपाइलीन की तुलना में 2.1 गुना अधिक गर्मी संग्रहीत करने में सक्षम होगा, हालांकि यह लगभग 9 गुना भारी होगा। हालांकि, पानी की असामान्य रूप से उच्च ताप क्षमता के कारण, कोई भी सामग्री वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता के मामले में इसे पार नहीं कर सकती है। हालांकि, लोहे और उसके मिश्र धातुओं (स्टील, कास्ट आयरन) की वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता 20% से कम पानी से भिन्न होती है - एक घन मीटर में वे तापमान परिवर्तन के प्रत्येक डिग्री के लिए 3.5 एमजे से अधिक गर्मी स्टोर कर सकते हैं, वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता तांबे का थोड़ा कम है - 3.48 एमजे /(क्यूब। एम के)। सामान्य परिस्थितियों में हवा की गर्मी क्षमता लगभग 1 kJ / kg, या 1.3 kJ / m3 है, इसलिए एक घन मीटर हवा को 1 ° गर्म करने के लिए, यह 1/3 लीटर से थोड़ा कम ठंडा करने के लिए पर्याप्त है। एक ही डिग्री से पानी (स्वाभाविक रूप से, हवा से गर्म)।

डिवाइस की सादगी के कारण (एक स्थिर ठोस टुकड़े या तरल गर्मी वाहक के साथ एक बंद जलाशय से आसान क्या हो सकता है?), ऐसे ऊर्जा भंडारण उपकरणों में लगभग असीमित संख्या में ऊर्जा भंडारण-वापसी चक्र और बहुत लंबी सेवा जीवन होता है। - तरल गर्मी वाहक के लिए जब तक कि तरल सूख न जाए या जब तक जलाशय जंग या अन्य कारणों से क्षतिग्रस्त न हो जाए, ठोस अवस्था के लिए इस तरह के प्रतिबंध नहीं हैं। लेकिन भंडारण का समय बहुत सीमित है और, एक नियम के रूप में, कई घंटों से लेकर कई दिनों तक होता है - लंबी अवधि के लिए, पारंपरिक थर्मल इन्सुलेशन अब गर्मी को बनाए रखने में सक्षम नहीं है, और संग्रहीत ऊर्जा का विशिष्ट घनत्व कम है।

अंत में, एक और परिस्थिति पर जोर दिया जाना चाहिए - कुशल संचालन के लिए, न केवल गर्मी क्षमता महत्वपूर्ण है, बल्कि गर्मी संचायक के पदार्थ की तापीय चालकता भी है। उच्च तापीय चालकता के साथ, यहां तक ​​कि पर्याप्त रूप से तेजी से परिवर्तनबाहरी परिस्थितियों में, गर्मी संचायक अपने सभी द्रव्यमान के साथ प्रतिक्रिया करेगा, और इसलिए सभी संग्रहीत ऊर्जा के साथ - अर्थात यथासंभव कुशलता से।

खराब तापीय चालकता के मामले में, गर्मी संचायक के केवल सतह भाग के पास प्रतिक्रिया करने का समय होगा, और बाहरी परिस्थितियों में अल्पकालिक परिवर्तन के लिए बस गहरी परतों तक पहुंचने का समय नहीं होगा, और इस तरह के पदार्थ का एक महत्वपूर्ण हिस्सा एक गर्मी संचायक को वास्तव में काम से बाहर रखा जाएगा।

पॉलीप्रोपाइलीन, जिसका उल्लेख ऊपर दिए गए उदाहरण में किया गया है, की तापीय चालकता स्टील की तुलना में लगभग 200 गुना कम है, और इसलिए, बड़ी विशिष्ट ऊष्मा क्षमता के बावजूद, यह एक प्रभावी ऊष्मा संचायक नहीं हो सकता है। हालांकि, तकनीकी रूप से, गर्मी संचायक के अंदर शीतलक के संचलन के लिए विशेष चैनलों को व्यवस्थित करके समस्या को आसानी से हल किया जाता है, लेकिन यह स्पष्ट है कि ऐसा समाधान डिजाइन को काफी जटिल करता है, इसकी विश्वसनीयता और ऊर्जा की खपत को कम करता है, और निश्चित रूप से आवधिक रखरखाव की आवश्यकता होगी। , जो पदार्थ के एक अखंड टुकड़े के लिए शायद ही आवश्यक हो।

यह अजीब लग सकता है, कभी-कभी गर्मी नहीं, बल्कि ठंड को जमा और संग्रहीत करना आवश्यक होता है। अमेरिका में कंपनियां एक दशक से भी अधिक समय से एयर कंडीशनर में स्थापना के लिए बर्फ आधारित "संचयक" की पेशकश कर रही हैं। रात में, जब बिजली की प्रचुरता होती है और इसे कम दरों पर बेचा जाता है, तो एयर कंडीशनर पानी को फ्रीज कर देता है, यानी यह रेफ्रिजरेटर मोड में चला जाता है। दिन के समय यह पंखे का काम करते हुए कई गुना कम ऊर्जा की खपत करता है। इस समय के लिए ऊर्जा का भूखा कंप्रेसर बंद है। .

पदार्थ की प्रावस्था अवस्था में परिवर्तन के दौरान ऊर्जा का संचय

यदि आप विभिन्न पदार्थों के थर्मल मापदंडों को ध्यान से देखते हैं, तो आप देख सकते हैं कि जब एकत्रीकरण की स्थिति बदलती है (पिघलने-सख्त, वाष्पीकरण-संघनन), एक महत्वपूर्ण अवशोषण या ऊर्जा की रिहाई होती है। अधिकांश पदार्थों के लिए, ऐसे परिवर्तनों की ऊष्मीय ऊर्जा एक ही पदार्थ की समान मात्रा के तापमान को उन तापमान सीमाओं में कई दसियों या सैकड़ों डिग्री तक बदलने के लिए पर्याप्त होती है, जहां इसकी एकत्रीकरण की स्थिति नहीं बदलती है। लेकिन, जैसा कि आप जानते हैं, जब तक किसी पदार्थ के पूरे आयतन के एकत्रीकरण की स्थिति समान नहीं हो जाती, तब तक उसका तापमान लगभग स्थिर रहता है! इसलिए, एकत्रीकरण की स्थिति को बदलकर ऊर्जा संचय करना बहुत लुभावना होगा - इसमें बहुत अधिक ऊर्जा जमा होती है, और तापमान में थोड़ा बदलाव होता है, जिसके परिणामस्वरूप हीटिंग से जुड़ी समस्याओं को हल करना आवश्यक नहीं होगा। उच्च तापमान, और साथ ही, आप ऐसे ताप संचायक की अच्छी क्षमता प्राप्त कर सकते हैं।

पिघलने और क्रिस्टलीकरण

दुर्भाग्य से, वर्तमान में, उच्च चरण संक्रमण ऊर्जा वाले अपघटन पदार्थों के लिए व्यावहारिक रूप से कोई सस्ता, सुरक्षित और प्रतिरोधी नहीं है, जिसका गलनांक सबसे अधिक प्रासंगिक सीमा में होगा - लगभग +20°С से +50°С (अधिकतम) +70°С - यह अभी भी अपेक्षाकृत सुरक्षित और आसानी से प्राप्य तापमान है)। एक नियम के रूप में, जटिल कार्बनिक यौगिक इस तापमान सीमा में पिघलते हैं, जो किसी भी तरह से स्वास्थ्य के लिए फायदेमंद नहीं होते हैं और अक्सर हवा में जल्दी से ऑक्सीकरण करते हैं।

शायद सबसे उपयुक्त पदार्थ पैराफिन हैं, जिनमें से अधिकांश का गलनांक, विविधता के आधार पर, 40..65 ° C की सीमा में होता है (हालाँकि 27 ° C या गलनांक के साथ "तरल" पैराफिन भी होते हैं) कम, साथ ही साथ पैराफिन से संबंधित प्राकृतिक ओज़ोकेराइट, जिसका गलनांक 58..100 डिग्री सेल्सियस की सीमा में होता है)। पैराफिन और ओज़ोकेराइट दोनों ही काफी सुरक्षित हैं और शरीर पर घावों को सीधे गर्म करने के लिए चिकित्सा प्रयोजनों के लिए भी उपयोग किए जाते हैं।

हालांकि, अच्छी गर्मी क्षमता के साथ, उनकी तापीय चालकता बहुत छोटी होती है - इतना छोटा कि पैराफिन या ओज़ोकेराइट को शरीर पर लगाया जाता है, जिसे 50-60 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, केवल सुखद रूप से गर्म लगता है, लेकिन जलता नहीं है, क्योंकि यह गर्म पानी के साथ होगा। वही तापमान, - दवा के लिए, यह अच्छा है, लेकिन गर्मी संचयक के लिए, यह एक पूर्ण शून्य है। इसके अलावा, ये पदार्थ इतने सस्ते नहीं हैं, उदाहरण के लिए, सितंबर 2009 में ओज़ोकेराइट का थोक मूल्य लगभग 200 रूबल प्रति किलोग्राम था, और एक किलोग्राम पैराफिन की लागत 25 रूबल (तकनीकी) से 50 और अधिक (अत्यधिक शुद्ध भोजन, यानी। खाद्य पैकेजिंग में उपयोग के लिए उपयुक्त)। ये कई टन के बैच के लिए थोक मूल्य हैं, खुदरा मूल्य कम से कम डेढ़ गुना अधिक महंगे हैं।

नतीजतन, एक पैराफिन गर्मी संचयक की आर्थिक दक्षता एक बड़ा सवाल बन जाती है, क्योंकि एक या दो किलोग्राम पैराफिन या ओज़ोकेराइट केवल कुछ दसियों मिनट के लिए टूटी हुई पीठ के मेडिकल वार्मिंग के लिए उपयुक्त है, और कम से कम एक दिन के लिए अधिक या कम विशाल आवास का स्थिर तापमान सुनिश्चित करने के लिए, पैराफिन गर्मी संचायक के द्रव्यमान को टन में मापा जाना चाहिए, ताकि इसकी लागत तुरंत कार की लागत के करीब पहुंच जाए (यद्यपि कम कीमत खंड में) !

हां, और चरण संक्रमण का तापमान, आदर्श रूप से, अभी भी आरामदायक सीमा (20..25 डिग्री सेल्सियस) के अनुरूप होना चाहिए - अन्यथा, आपको अभी भी किसी प्रकार की गर्मी विनिमय नियंत्रण प्रणाली को व्यवस्थित करना होगा। फिर भी, 50..54 डिग्री सेल्सियस के क्षेत्र में पिघलने का तापमान, अत्यधिक शुद्ध पैराफिन के लिए विशिष्ट, चरण संक्रमण की उच्च गर्मी (200 केजे / किग्रा से थोड़ा अधिक) के संयोजन में गर्मी संचायक के लिए बहुत अच्छी तरह से अनुकूल है। गर्म पानी की आपूर्ति और पानी का ताप प्रदान करें, एकमात्र समस्या कम तापीय चालकता और पैराफिन की उच्च कीमत है।

लेकिन अप्रत्याशित घटना के मामले में, पैराफिन को एक अच्छे कैलोरी मान के साथ ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है (हालांकि यह करना इतना आसान नहीं है - गैसोलीन या मिट्टी के तेल के विपरीत, तरल और इससे भी अधिक ठोस पैराफिन हवा में नहीं जलता है, एक बाती या अन्य उपकरण को दहन क्षेत्र में आपूर्ति करने की आवश्यकता होती है, न कि पैराफिन के, बल्कि केवल इसके वाष्पों के लिए)!

पिघलने और क्रिस्टलीकरण के प्रभाव के आधार पर थर्मल एनर्जी स्टोरेज डिवाइस का एक उदाहरण TESS सिलिकॉन-आधारित थर्मल एनर्जी स्टोरेज सिस्टम है, जिसे ऑस्ट्रेलियाई कंपनी लेटेंट हीट स्टोरेज द्वारा विकसित किया गया था।

वाष्पीकरण और संघनन

वाष्पीकरण-संघनन की गर्मी, एक नियम के रूप में, पिघलने-क्रिस्टलीकरण की गर्मी से कई गुना अधिक होती है। और ऐसा लगता है कि सही तापमान सीमा में वाष्पित होने वाले इतने कम पदार्थ नहीं हैं। स्पष्ट रूप से जहरीले कार्बन डाइसल्फ़ाइड, एसीटोन, एथिल ईथर, आदि के अलावा, एथिल अल्कोहल भी है (दुनिया भर में लाखों शराबियों द्वारा व्यक्तिगत उदाहरण से इसकी सापेक्ष सुरक्षा दैनिक साबित होती है!) सामान्य परिस्थितियों में, अल्कोहल 78°С पर उबलता है, और इसकी वाष्पीकरण की गर्मी पानी (बर्फ) के संलयन की गर्मी से 2.5 गुना अधिक होती है और तरल पानी की समान मात्रा को 200 ° तक गर्म करने के बराबर होती है।

हालांकि, पिघलने के विपरीत, जब किसी पदार्थ के आयतन में परिवर्तन शायद ही कभी कुछ प्रतिशत से अधिक होता है, वाष्पीकरण के दौरान, वाष्प उसे प्रदान किए गए पूरे आयतन पर कब्जा कर लेता है। और अगर यह मात्रा असीमित है, तो भाप वाष्पित हो जाएगी, अपरिवर्तनीय रूप से सभी संचित ऊर्जा को अपने साथ ले जाएगी। एक बंद मात्रा में, काम करने वाले तरल पदार्थ के नए भागों के वाष्पीकरण को रोकने के लिए, दबाव तुरंत बढ़ना शुरू हो जाएगा, जैसा कि सबसे साधारण प्रेशर कुकर में होता है, इसलिए काम करने वाले पदार्थ का केवल एक छोटा प्रतिशत ही स्थिति में बदलाव का अनुभव करता है। एकत्रीकरण, जबकि बाकी तरल चरण में होने के कारण गर्म होना जारी है। यह अन्वेषकों के लिए गतिविधि का एक बड़ा क्षेत्र खोलता है - वाष्पीकरण और संघनन पर आधारित एक कुशल ताप संचयक का निर्माण जो एक भली भांति चर कार्यशील मात्रा के साथ होता है।

दूसरे प्रकार के चरण संक्रमण

एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन से जुड़े चरण संक्रमणों के अलावा, कुछ पदार्थों में एकत्रीकरण की एक ही स्थिति के भीतर कई अलग-अलग चरण हो सकते हैं। इस तरह के चरण राज्यों में परिवर्तन, एक नियम के रूप में, एक ध्यान देने योग्य रिलीज या ऊर्जा के अवशोषण के साथ होता है, हालांकि आमतौर पर किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति में बदलाव की तुलना में बहुत कम महत्वपूर्ण होता है। इसके अलावा, कई मामलों में, इस तरह के परिवर्तनों के साथ, एकत्रीकरण की स्थिति में बदलाव के विपरीत, एक तापमान हिस्टैरिसीस होता है - प्रत्यक्ष और रिवर्स चरण संक्रमण का तापमान काफी भिन्न हो सकता है, कभी-कभी दसियों या सैकड़ों डिग्री तक।

विद्युत ऊर्जा भंडारण

बिजली आज दुनिया में ऊर्जा का सबसे सुविधाजनक और बहुमुखी रूप है। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि यह विद्युत ऊर्जा भंडारण उपकरण हैं जो सबसे तेजी से विकसित हो रहे हैं। दुर्भाग्य से, ज्यादातर मामलों में, सस्ते उपकरणों की विशिष्ट क्षमता छोटी होती है, और उच्च विशिष्ट क्षमता वाले उपकरण अभी भी बड़े पैमाने पर उपयोग के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा का भंडारण करने के लिए बहुत महंगे हैं और बहुत ही अल्पकालिक हैं।

संधारित्र

सबसे विशाल "विद्युत" ऊर्जा भंडारण उपकरण पारंपरिक रेडियो कैपेसिटर हैं। उनके पास ऊर्जा संचय और रिलीज की एक बड़ी दर है - एक नियम के रूप में, प्रति सेकंड कई हजार से कई अरबों पूर्ण चक्र, और इस तरह से कई वर्षों, या दशकों तक एक विस्तृत तापमान सीमा में काम करने में सक्षम हैं। समानांतर में कई कैपेसिटर को मिलाकर, आप आसानी से उनकी कुल समाई को वांछित मूल्य तक बढ़ा सकते हैं।

कैपेसिटर को दो बड़े वर्गों में विभाजित किया जा सकता है - गैर-ध्रुवीय (आमतौर पर "सूखा", यानी तरल इलेक्ट्रोलाइट युक्त नहीं) और ध्रुवीय (आमतौर पर इलेक्ट्रोलाइटिक)। एक तरल इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग काफी अधिक विशिष्ट समाई प्रदान करता है, लेकिन कनेक्ट करते समय लगभग हमेशा ध्रुवीयता के लिए सम्मान की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर अक्सर बाहरी परिस्थितियों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं, मुख्य रूप से तापमान के लिए, और कम सेवा जीवन होता है (समय के साथ, इलेक्ट्रोलाइट वाष्पित हो जाता है और सूख जाता है)।

हालांकि, कैपेसिटर के दो प्रमुख नुकसान हैं। सबसे पहले, यह संग्रहीत ऊर्जा का बहुत कम विशिष्ट घनत्व है और इसलिए एक छोटी (अन्य प्रकार के भंडारण उपकरणों के सापेक्ष) क्षमता है। दूसरे, यह एक छोटा भंडारण समय है, जिसकी गणना आमतौर पर मिनटों और सेकंड में की जाती है और शायद ही कभी कई घंटों से अधिक होती है, और कुछ मामलों में केवल एक सेकंड के छोटे अंश होते हैं। नतीजतन, कैपेसिटर का दायरा विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक सर्किटों तक सीमित है और पावर इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में करंट को ठीक करने, सही करने और फ़िल्टर करने के लिए पर्याप्त अल्पकालिक संचय है - वे अभी भी अधिक के लिए पर्याप्त नहीं हैं।

आयनिस्टर्स

कैपेसिटर, जिसे कभी-कभी "सुपरकेपसिटर" कहा जाता है, को इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर और इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी के बीच एक प्रकार का मध्यवर्ती लिंक माना जा सकता है। पूर्व से, उन्हें लगभग असीमित संख्या में चार्ज-डिस्चार्ज चक्र विरासत में मिले, और बाद वाले से, अपेक्षाकृत कम चार्जिंग और डिस्चार्जिंग करंट (एक पूर्ण चार्ज-डिस्चार्ज चक्र एक सेकंड या उससे भी अधिक समय तक चल सकता है)। उनकी क्षमता भी सबसे अधिक क्षमता वाले कैपेसिटर और छोटी बैटरी के बीच की सीमा में है - आमतौर पर ऊर्जा आरक्षित कुछ से लेकर कई सौ जूल तक होती है।

इसके अतिरिक्त, तापमान के लिए आयनिस्टर्स की उच्च संवेदनशीलता और चार्ज के सीमित भंडारण समय पर ध्यान दिया जाना चाहिए - अधिकतम कई घंटों से लेकर कई हफ्तों तक।

विद्युत रासायनिक बैटरी

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के विकास के भोर में इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी का आविष्कार किया गया था, और अब वे हर जगह पाई जा सकती हैं - मोबाइल फोन से लेकर हवाई जहाज और जहाजों तक। सामान्यतया, वे कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं के आधार पर काम करते हैं और इसलिए उन्हें हमारे लेख के अगले भाग - "रासायनिक ऊर्जा भंडारण" के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। लेकिन चूंकि इस बिंदु पर आमतौर पर जोर नहीं दिया जाता है, लेकिन इस तथ्य पर ध्यान दिया जाता है कि बैटरी बिजली जमा करती है, हम यहां उन पर विचार करेंगे।

एक नियम के रूप में, यदि पर्याप्त रूप से बड़ी ऊर्जा को स्टोर करना आवश्यक है - कई सौ किलोजूल या अधिक से - लीड-एसिड बैटरी का उपयोग किया जाता है (उदाहरण कोई भी कार है)। हालांकि, उनके पास काफी आयाम हैं और, सबसे महत्वपूर्ण बात, वजन। यदि डिवाइस के हल्के वजन और गतिशीलता की आवश्यकता होती है, तो अधिक आधुनिक प्रकार की बैटरियों का उपयोग किया जाता है - निकल-कैडमियम, धातु-हाइड्राइड, लिथियम-आयन, पॉलीमर-आयन, आदि। उनकी विशिष्ट क्षमता बहुत अधिक होती है, हालांकि, विशिष्ट उनमें ऊर्जा भंडारण की लागत बहुत अधिक होती है, इसलिए उनका उपयोग आमतौर पर अपेक्षाकृत छोटे और लागत प्रभावी उपकरणों जैसे मोबाइल फोन, कैमरा और कैमकोर्डर, लैपटॉप आदि तक सीमित होता है।

हाल ही में, हाइब्रिड कारों और इलेक्ट्रिक वाहनों में शक्तिशाली लिथियम-आयन बैटरी का उपयोग शुरू किया गया है। हल्के वजन और उच्च विशिष्ट क्षमता के अलावा, सीसा-एसिड के विपरीत, वे अपनी नाममात्र क्षमता के लगभग पूर्ण उपयोग की अनुमति देते हैं, अधिक विश्वसनीय माने जाते हैं और लंबे समय तक सेवा जीवन रखते हैं, और एक पूर्ण चक्र में उनकी ऊर्जा दक्षता 90% से अधिक होती है, जबकि क्षमता का अंतिम 20% चार्ज करते समय लीड बैटरी की ऊर्जा दक्षता 50% तक गिर सकती है।

उपयोग के तरीके के अनुसार, इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी (मुख्य रूप से शक्तिशाली वाले) को भी दो बड़े वर्गों में विभाजित किया जाता है - तथाकथित कर्षण और शुरुआती। आमतौर पर, एक स्टार्टर बैटरी ट्रैक्शन बैटरी के रूप में काफी सफलतापूर्वक काम कर सकती है (मुख्य बात यह है कि डिस्चार्ज की डिग्री को नियंत्रित करना और इसे इतनी गहराई तक नहीं लाना है जो ट्रैक्शन बैटरी के लिए स्वीकार्य हो), लेकिन जब रिवर्स में उपयोग किया जाता है, तो बहुत अधिक लोड करंट ट्रैक्शन बैटरी को बहुत जल्दी निष्क्रिय कर सकता है।

इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरियों के नुकसान में बहुत सीमित संख्या में चार्ज-डिस्चार्ज चक्र शामिल हैं (ज्यादातर मामलों में 250 से 2000 तक, और अगर निर्माताओं की सिफारिशों का पालन नहीं किया जाता है, तो बहुत कम), और यहां तक ​​​​कि सक्रिय उपयोग की अनुपस्थिति में, अधिकांश प्रकार की बैटरी कुछ वर्षों के बाद गिरावट, अपनी उपभोक्ता संपत्तियों को खोना। ।

इसी समय, कई प्रकार की बैटरियों का सेवा जीवन उनके संचालन की शुरुआत से नहीं, बल्कि निर्माण के क्षण से जाता है। इसके अलावा, इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरियों को तापमान के प्रति संवेदनशीलता, एक लंबा चार्ज समय, कभी-कभी डिस्चार्ज समय से दस गुना अधिक लंबा, और उपयोग पद्धति का पालन करने की आवश्यकता होती है (लीड बैटरी के लिए गहरे निर्वहन से बचना और, इसके विपरीत, एक पूर्ण चार्ज का निरीक्षण करना) -धातु हाइड्राइड और कई अन्य प्रकार की बैटरियों के लिए निर्वहन चक्र)। चार्ज स्टोरेज का समय भी काफी सीमित है - आमतौर पर एक हफ्ते से एक साल तक। पुरानी बैटरियों से न केवल क्षमता घटती है, बल्कि भंडारण समय भी कम होता है, और दोनों को कई गुना कम किया जा सकता है।

नई प्रकार की इलेक्ट्रिक बैटरी बनाने और मौजूदा उपकरणों में सुधार करने का विकास रुकता नहीं है।

रासायनिक ऊर्जा भंडारण

रासायनिक ऊर्जा पदार्थों के परमाणुओं में "संग्रहीत" ऊर्जा है, जो पदार्थों के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी या अवशोषित होती है। रासायनिक ऊर्जा या तो एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं (उदाहरण के लिए, ईंधन दहन) के दौरान थर्मल ऊर्जा के रूप में जारी की जाती है, या गैल्वेनिक कोशिकाओं और बैटरी में विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इन ऊर्जा स्रोतों को उच्च दक्षता (98% तक), लेकिन कम क्षमता की विशेषता है।

रासायनिक ऊर्जा भंडारण उपकरण आपको ऊर्जा को उस रूप में प्राप्त करने की अनुमति देते हैं जिससे इसे संग्रहीत किया गया था, और किसी अन्य में। "ईंधन" और "गैर-ईंधन" किस्में हैं। कम तापमान वाले थर्मोकेमिकल संचयकों के विपरीत (हम उनके बारे में थोड़ी देर बाद बात करेंगे), जो कि काफी गर्म स्थान पर रखकर ऊर्जा को स्टोर कर सकते हैं, यहां कोई विशेष तकनीकों और उच्च तकनीक वाले उपकरणों के बिना नहीं कर सकता है, कभी-कभी बहुत बोझिल। विशेष रूप से, जबकि कम तापमान वाली थर्मोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के मामले में, अभिकारकों का मिश्रण आमतौर पर अलग नहीं होता है और हमेशा एक ही कंटेनर में होता है, उच्च तापमान प्रतिक्रियाओं के लिए अभिकारकों को एक दूसरे से अलग संग्रहीत किया जाता है और केवल तभी संयोजित किया जाता है जब ऊर्जा होती है आवश्यकता है।

ईंधन चलाकर ऊर्जा का संचय

ऊर्जा भंडारण चरण के दौरान, एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, जिसके परिणामस्वरूप ईंधन कम हो जाता है, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन को पानी से मुक्त किया जाता है - प्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा, विद्युत रासायनिक कोशिकाओं में उत्प्रेरक का उपयोग करके, या थर्मल अपघटन द्वारा, द्वारा एक विद्युत चाप या अत्यधिक केंद्रित धूप। "रिलीज़" ऑक्सीडाइज़र को अलग से एकत्र किया जा सकता है (ऑक्सीजन के लिए, यह एक बंद पृथक वस्तु की स्थितियों के तहत आवश्यक है - पानी के नीचे या अंतरिक्ष में) या "बाहर फेंक दिया" अनावश्यक के रूप में, क्योंकि ईंधन का उपयोग करते समय यह ऑक्सीडाइज़र होगा में काफी हो वातावरणऔर इसके संगठित भंडारण पर जगह और पैसा खर्च करने की कोई जरूरत नहीं है।

ऊर्जा निष्कर्षण के चरण में, उत्पादित ईंधन को सीधे वांछित रूप में ऊर्जा की रिहाई के साथ ऑक्सीकरण किया जाता है, भले ही यह ईंधन कैसे प्राप्त किया गया हो। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन तुरंत गर्मी (जब एक बर्नर में जलाया जाता है), यांत्रिक ऊर्जा (जब इसे आंतरिक दहन इंजन या टरबाइन को ईंधन के रूप में खिलाया जाता है), या बिजली (जब ईंधन सेल में ऑक्सीकृत किया जाता है) प्रदान कर सकता है। एक नियम के रूप में, ऐसी ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के लिए अतिरिक्त दीक्षा (इग्निशन) की आवश्यकता होती है, जो ऊर्जा निष्कर्षण प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए बहुत सुविधाजनक है।

ऊर्जा संचय ("चार्जिंग") और इसके उपयोग ("डिस्चार्जिंग") के चरणों की स्वतंत्रता के कारण यह विधि बहुत आकर्षक है, ईंधन में संग्रहीत ऊर्जा की उच्च विशिष्ट क्षमता (ईंधन के दसियों मेगाजूल प्रति किलोग्राम) और दीर्घकालिक भंडारण की संभावना (कंटेनरों की उचित जकड़न के साथ - कई वर्षों के लिए)। ) हालांकि, इसका व्यापक वितरण अपूर्ण विकास और प्रौद्योगिकी की उच्च लागत, इस तरह के ईंधन के साथ काम के सभी चरणों में उच्च आग और विस्फोट के खतरों से बाधित है, और परिणामस्वरूप, रखरखाव और संचालन में उच्च योग्य कर्मियों की आवश्यकता है। इन प्रणालियों। इन कमियों के बावजूद, दुनिया भर में विभिन्न प्रतिष्ठान विकसित किए जा रहे हैं जो बैकअप ऊर्जा स्रोत के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करते हैं।

थर्मोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के माध्यम से ऊर्जा भंडारण

लंबा और व्यापक रूप से जाना जाता है बड़ा समूहरासायनिक अभिक्रियाएँ जो एक बंद बर्तन में गर्म होने पर ऊर्जा के अवशोषण के साथ एक दिशा में जाती हैं, और ठंडा होने पर ऊर्जा की रिहाई के साथ विपरीत दिशा में जाती हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं को अक्सर थर्मोकेमिकल कहा जाता है। ऐसी प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा दक्षता, एक नियम के रूप में, किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन की तुलना में कम है, लेकिन यह भी बहुत ध्यान देने योग्य है।

इस तरह की थर्मोकेमिकल प्रतिक्रियाओं को अभिकर्मकों के मिश्रण की चरण स्थिति में एक प्रकार का परिवर्तन माना जा सकता है, और यहां समस्याएं लगभग समान हैं - इस तरह से सफलतापूर्वक संचालित होने वाले पदार्थों का एक सस्ता, सुरक्षित और प्रभावी मिश्रण खोजना मुश्किल है। तापमान में +20°C से +70°C तक होता है। हालांकि, एक समान रचना लंबे समय से जानी जाती है - यह ग्लौबर का नमक है।

मिराबिलाइट (उर्फ ग्लौबर का नमक, उर्फ ​​सोडियम सल्फेट Na2SO4 10H2O डिकाहाइड्रेट) प्राथमिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्राप्त किया जाता है (उदाहरण के लिए, जब सोडियम क्लोराइड को सल्फ्यूरिक एसिड में जोड़ा जाता है) या खनिज के रूप में "समाप्त रूप" में खनन किया जाता है।

गर्मी संचय के दृष्टिकोण से, मिराबिलिट की सबसे दिलचस्प विशेषता यह है कि जब तापमान 32 डिग्री सेल्सियस से ऊपर बढ़ जाता है, तो बाध्य पानी निकलना शुरू हो जाता है, और बाहरी रूप से यह क्रिस्टल के "पिघलने" जैसा दिखता है जो पानी में घुल जाता है। उनसे। जब तापमान 32 डिग्री सेल्सियस तक गिर जाता है, तो मुक्त पानी फिर से क्रिस्टलीय हाइड्रेट संरचना से जुड़ जाता है - "क्रिस्टलीकरण" होता है। लेकिन सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि इस जलयोजन-निर्जलीकरण प्रतिक्रिया की गर्मी बहुत अधिक है और मात्रा 251 kJ / kg है, जो कि पैराफिन के "ईमानदार" पिघलने-क्रिस्टलीकरण की गर्मी से काफी अधिक है, हालांकि पिघलने वाली बर्फ की गर्मी से एक तिहाई कम है। (पानी)।

इस प्रकार, मिराबिलिट के संतृप्त घोल (32 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर संतृप्त) के आधार पर एक गर्मी संचयक ऊर्जा संचय या वापसी के लंबे संसाधन के साथ 32 डिग्री सेल्सियस पर तापमान को प्रभावी ढंग से बनाए रख सकता है। बेशक, यह तापमान एक पूर्ण गर्म पानी की आपूर्ति के लिए बहुत कम है (इस तरह के तापमान के साथ एक शॉवर को "बहुत ठंडा" माना जाता है), लेकिन यह तापमान हवा को गर्म करने के लिए काफी हो सकता है।

ईंधन रहित रासायनिक ऊर्जा भंडारण

पर ये मामलाएक से "चार्जिंग" के चरण में रासायनिक पदार्थअन्य बनते हैं, और इस प्रक्रिया के दौरान, ऊर्जा का गठन नए रासायनिक बंधों में होता है (जैसे, बुझा हुआ चूना गर्म करके बुझा हुआ चूना अवस्था में स्थानांतरित हो जाता है)।

जब "डिस्चार्ज" किया जाता है, तो पहले से संग्रहीत ऊर्जा (आमतौर पर गर्मी के रूप में, कभी-कभी अतिरिक्त रूप से गैस के रूप में जिसे टर्बाइन में खिलाया जा सकता है) की रिहाई के साथ एक रिवर्स प्रतिक्रिया होती है - विशेष रूप से, ऐसा ही होता है जब चूने को पानी से "बुझाया" जाता है। ईंधन विधियों के विपरीत, प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए, आमतौर पर केवल अभिकारकों को एक दूसरे से जोड़ने के लिए पर्याप्त होता है - प्रक्रिया की अतिरिक्त शुरुआत (इग्निशन) की आवश्यकता नहीं होती है।

वास्तव में, यह एक प्रकार की थर्मोकेमिकल प्रतिक्रिया है, हालांकि, थर्मल ऊर्जा भंडारण उपकरणों पर विचार करते समय वर्णित कम तापमान प्रतिक्रियाओं के विपरीत और किसी विशेष परिस्थितियों की आवश्यकता नहीं होती है, यहां हम कई सैकड़ों या हजारों डिग्री के तापमान के बारे में बात कर रहे हैं। नतीजतन, प्रत्येक किलोग्राम काम करने वाले पदार्थ में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा में काफी वृद्धि होती है, लेकिन उपकरण खाली प्लास्टिक की बोतलों या एक साधारण अभिकर्मक टैंक की तुलना में कई गुना अधिक जटिल, भारी और अधिक महंगा होता है।

एक अतिरिक्त पदार्थ का उपभोग करने की आवश्यकता - कहते हैं, चूने को बुझाने के लिए पानी - एक महत्वपूर्ण कमी नहीं है (यदि आवश्यक हो, तो आप चूने के बुझने की स्थिति में निकलने पर छोड़ा गया पानी एकत्र कर सकते हैं)। लेकिन इसके लिए विशेष भंडारण की स्थिति बहुत तेज है, जिसका उल्लंघन न केवल भरा हुआ है रासायनिक जलन, लेकिन एक विस्फोट के साथ, इसे और इसी तरह के तरीकों को उन लोगों की श्रेणी में स्थानांतरित करें जिनके व्यापक जीवन में बाहर आने की संभावना नहीं है।

अन्य प्रकार के ऊर्जा भंडारण

ऊपर वर्णित लोगों के अलावा, अन्य प्रकार के ऊर्जा भंडारण उपकरण भी हैं। हालांकि, वर्तमान में, वे संग्रहीत ऊर्जा के घनत्व और उच्च विशिष्ट लागत पर इसके भंडारण के समय के मामले में बहुत सीमित हैं। इसलिए, जबकि उनका मनोरंजन के लिए अधिक उपयोग किया जाता है, और किसी भी गंभीर उद्देश्य के लिए उनके संचालन पर विचार नहीं किया जाता है। एक उदाहरण फॉस्फोरसेंट पेंट है, जो एक उज्ज्वल प्रकाश स्रोत से ऊर्जा संग्रहीत करता है और फिर कई सेकंड या यहां तक ​​​​कि लंबे मिनटों तक चमकता है। उनके आधुनिक संशोधनों में लंबे समय तक जहरीला फास्फोरस नहीं होता है और बच्चों के खिलौनों में भी उपयोग के लिए काफी सुरक्षित हैं।

चुंबकीय ऊर्जा के अतिचालक भंडारण इसे प्रत्यक्ष धारा के साथ एक बड़े चुंबकीय कुंडल के क्षेत्र में संग्रहीत करते हैं। इसे आवश्यकतानुसार प्रत्यावर्ती विद्युत धारा में परिवर्तित किया जा सकता है। कम तापमान वाले भंडारण टैंक तरल हीलियम द्वारा ठंडा किए जाते हैं और औद्योगिक संयंत्रों के लिए उपलब्ध होते हैं। उच्च तापमान वाले तरल हाइड्रोजन-कूल्ड स्टोरेज टैंक अभी भी विकास के अधीन हैं और भविष्य में उपलब्ध हो सकते हैं।

सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय ऊर्जा भंडारण उपकरण काफी आकार के होते हैं और आमतौर पर कम समय के लिए उपयोग किए जाते हैं, जैसे स्विचओवर के दौरान। प्रकाशित

शरीर लगातार ऊर्जा के आदान-प्रदान से जुड़ा हुआ है। जब हम सोते हैं तब भी ऊर्जा चयापचय प्रतिक्रियाएं लगातार होती हैं। जटिल रासायनिक परिवर्तनों के बाद, खाद्य पदार्थ मैक्रोमोलेक्यूलर से सरल में परिवर्तित हो जाते हैं, जो ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है। यह सब ऊर्जा विनिमय है।

दौड़ने के दौरान शरीर की ऊर्जा की मांग बहुत अधिक होती है। उदाहरण के लिए, 2.5-3 घंटे की दौड़ के लिए, लगभग 2600 कैलोरी की खपत होती है (यह एक मैराथन दूरी है), जो प्रति दिन गतिहीन जीवन शैली का नेतृत्व करने वाले व्यक्ति की ऊर्जा खपत से काफी अधिक है। दौड़ के दौरान, शरीर के मांसपेशी ग्लाइकोजन और वसा के भंडार से ऊर्जा खींची जाती है।

स्नायु ग्लाइकोजन, जो ग्लूकोज अणुओं की एक जटिल श्रृंखला है, सक्रिय मांसपेशी समूहों में जमा होता है। एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस और दो अन्य रासायनिक प्रक्रियाओं के माध्यम से, ग्लाइकोजन को एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) में बदल दिया जाता है।

एटीपी अणु हमारे शरीर में ऊर्जा का मुख्य स्रोत है। ऊर्जा संतुलन और ऊर्जा चयापचय का रखरखाव कोशिका स्तर पर होता है। धावक की गति और सहनशक्ति कोशिका के श्वसन पर निर्भर करती है। इसलिए, उच्चतम परिणाम प्राप्त करने के लिए, सेल को पूरी दूरी तक ऑक्सीजन प्रदान करना आवश्यक है। यही प्रशिक्षण के लिए है।

मानव शरीर में ऊर्जा। ऊर्जा चयापचय के चरण।

हम हमेशा ऊर्जा प्राप्त कर रहे हैं और खर्च कर रहे हैं। भोजन के रूप में हमें मुख्य पोषक तत्व, या तैयार कार्बनिक पदार्थ मिलते हैं, यह प्रोटीन वसा और कार्बोहाइड्रेट।पहला चरण पाचन है, ऊर्जा की कोई रिहाई नहीं होती है जिसे हमारा शरीर स्टोर कर सकता है।

पाचन प्रक्रिया का उद्देश्य ऊर्जा प्राप्त करना नहीं है, बल्कि बड़े अणुओं को छोटे अणुओं में तोड़ना है। आदर्श रूप से, सब कुछ मोनोमर्स को तोड़ा जाना चाहिए। कार्बोहाइड्रेट ग्लूकोज, फ्रुक्टोज और गैलेक्टोज में टूट जाते हैं। वसा - ग्लिसरॉल और फैटी एसिड के लिए, प्रोटीन से अमीनो एसिड।

कोशिका श्वसन

पाचन के अलावा, एक दूसरा भाग या चरण है। यह सांस है। हम सांस लेते हैं और फेफड़ों में हवा भरते हैं, लेकिन यह सांस लेने का मुख्य हिस्सा नहीं है। श्वसन तब होता है जब हमारी कोशिकाएं पानी में पोषक तत्वों को जलाने के लिए ऑक्सीजन का उपयोग करती हैं और ऊर्जा के लिए कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करती हैं। यह ऊर्जा प्राप्त करने का अंतिम चरण है जो हमारी प्रत्येक कोशिका में होता है।

मानव पोषण का मुख्य स्रोत ग्लाइकोजन के रूप में मांसपेशियों में जमा कार्बोहाइड्रेट है, ग्लाइकोजन आमतौर पर चलने के 40-45 मिनट के लिए पर्याप्त है। इस समय के बाद, शरीर को ऊर्जा के दूसरे स्रोत पर स्विच करना चाहिए। ये वसा हैं। वसा हैं वैकल्पिक ऊर्जाग्लाइकोजन

वैकल्पिक ऊर्जा- इसका मतलब ऊर्जा या वसा या ग्लाइकोजन के दो स्रोतों में से एक को चुनने की आवश्यकता है। हमारे शरीर को केवल एक ही स्रोत से ऊर्जा प्राप्त हो सकती है।

लंबी दूरी की दौड़ दौड़ने से अलग होती है छोटी दूरीतथ्य यह है कि स्टेयर का शरीर अनिवार्य रूप से ऊर्जा के अतिरिक्त स्रोत के रूप में मांसपेशी वसा के उपयोग के लिए स्विच करता है।

फैटी एसिड कार्बोहाइड्रेट के लिए सबसे अच्छा विकल्प नहीं हैं, क्योंकि वे अलग करने और उपयोग करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा और समय लेते हैं। लेकिन अगर ग्लाइकोजन खत्म हो गया है, तो शरीर के पास इस तरह से आवश्यक ऊर्जा निकालने के लिए वसा का उपयोग करने के अलावा कोई विकल्प नहीं है। यह पता चला है कि वसा हमेशा शरीर के लिए एक बैकअप विकल्प होता है।

मैं ध्यान देता हूं कि दौड़ते समय उपयोग की जाने वाली वसा मांसपेशी फाइबर में निहित वसा होती है, न कि वसायुक्त परतें जो शरीर को ढकती हैं।

किसी भी कार्बनिक पदार्थ को जलाने या विभाजित करने पर उत्पादन अपशिष्ट प्राप्त होता है, यह कार्बन डाइऑक्साइड और पानी है। हमारे ऑर्गेनिक्स प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट हैं। कार्बन डाइऑक्साइड को हवा के साथ बाहर निकाला जाता है, और पानी शरीर द्वारा उपयोग किया जाता है या पसीने या मूत्र में उत्सर्जित होता है।

पोषक तत्वों को पचाने से हमारा शरीर गर्मी के रूप में कुछ ऊर्जा खो देता है। इस प्रकार कार में इंजन गर्म हो जाता है और ऊर्जा को शून्य में खो देता है, और धावक की मांसपेशियां भारी मात्रा में ऊर्जा खर्च करती हैं। रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करना। इसके अलावा, दक्षता लगभग 50% है, यानी आधी ऊर्जा गर्मी के रूप में हवा में चली जाती है।

ऊर्जा चयापचय के मुख्य चरणों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है:

हम पोषक तत्वों को प्राप्त करने के लिए खाते हैं, हम उन्हें तोड़ते हैं, फिर ऑक्सीजन की मदद से ऑक्सीकरण की प्रक्रिया होती है, जिसके परिणामस्वरूप हमें ऊर्जा मिलती है। कुछ ऊर्जा हमेशा गर्मी के रूप में चली जाती है, और कुछ हम संग्रहित करते हैं। ऊर्जा को एटीपी नामक रासायनिक यौगिक के रूप में संग्रहित किया जाता है।

एटीपी क्या है?

एटीपी एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट है बहुत महत्वजीवों में ऊर्जा और पदार्थों के आदान-प्रदान में। जीवित प्रणालियों में होने वाली सभी जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए एटीपी ऊर्जा का एक सार्वभौमिक स्रोत है।

शरीर में, एटीपी सबसे अधिक बार अद्यतन होने वाले पदार्थों में से एक है, इसलिए मनुष्यों में, एक एटीपी अणु का जीवनकाल एक मिनट से भी कम होता है। दिन के दौरान, एक एटीपी अणु पुनर्संश्लेषण के औसतन 2000-3000 चक्रों से गुजरता है। मानव शरीरप्रति दिन लगभग 40 किलोग्राम एटीपी का संश्लेषण करता है, लेकिन किसी भी समय लगभग 250 ग्राम होता है, अर्थात शरीर में व्यावहारिक रूप से कोई एटीपी रिजर्व नहीं होता है, और सामान्य जीवन के लिए नए एटीपी अणुओं को लगातार संश्लेषित करना आवश्यक है।

निष्कर्ष: हमारा शरीर एक रासायनिक यौगिक के रूप में अपने लिए ऊर्जा का भंडारण कर सकता है। यह एटीपी है।

एटीपी नाइट्रोजनस बेस से बना होता है एडेनिन, राइबोज और ट्राइफॉस्फेट, फॉस्फोरिक एसिड अवशेष।

एटीपी बनाने में बहुत अधिक ऊर्जा लगती है, लेकिन अगर यह नष्ट हो जाती है, तो यह ऊर्जा वापस की जा सकती है। हमारा शरीर, पोषक तत्वों को तोड़कर, एक एटीपी अणु बनाता है, और फिर, जब उसे ऊर्जा की आवश्यकता होती है, तो वह एटीपी अणु को तोड़ देता है या अणु के बंधनों को तोड़ देता है। फॉस्फोरिक एसिड के अवशेषों में से एक को साफ करके, आप लगभग -40 kJ प्राप्त कर सकते हैं। मोल।

यह हर समय होता है, क्योंकि हमें लगातार ऊर्जा की आवश्यकता होती है, खासकर दौड़ते समय। शरीर में ऊर्जा इनपुट के स्रोत अलग-अलग हो सकते हैं (मांस, फल, सब्जियां, आदि) . ऊर्जा का केवल एक आंतरिक स्रोत है - एटीपी। एक अणु का जीवन एक मिनट से भी कम होता है। इसलिए, शरीर लगातार टूट रहा है और एटीपी का पुनरुत्पादन कर रहा है।

विभाजित ऊर्जा। सेल ऊर्जा

भेद

हम अपनी अधिकांश ऊर्जा ग्लूकोज से एटीपी के रूप में प्राप्त करते हैं। चूंकि हमें हर समय ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए ये अणु शरीर में आएंगे जहां ऊर्जा देना आवश्यक है।

एटीपी ऊर्जा छोड़ता है और एडीपी में टूट जाता है एडेनोसिन डाइफॉस्फेट।एडीपी एक ही एटीपी अणु है, केवल फॉस्फोरिक एसिड के एक अवशेष के बिना। डी का मतलब दो है। ग्लूकोज, विभाजन, ऊर्जा देता है, जिसे एडीपी लेता है और अपने फास्फोरस अवशेषों को पुनर्स्थापित करता है, एटीपी में बदल जाता है, जो फिर से ऊर्जा खर्च करने के लिए तैयार होता है। यह हर समय होता है।

इस प्रक्रिया को - . कहा जाता है भेद.(विनाश) इस मामले में, ऊर्जा प्राप्त करने के लिए, एटीपी अणु को नष्ट करना आवश्यक है।

मिलाना

लेकिन एक और प्रक्रिया है। आप ऊर्जा की लागत से अपने स्वयं के पदार्थ बना सकते हैं। इस प्रक्रिया को - . कहा जाता है मिलाना. छोटे से बड़े पदार्थ बनाने के लिए। स्वयं के प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, वसा और कार्बोहाइड्रेट का उत्पादन।

उदाहरण के लिए, आपने मांस का एक टुकड़ा खाया मांस एक प्रोटीन है जिसे अमीनो एसिड में तोड़ा जाना चाहिए, इन अमीनो एसिड से आपके स्वयं के प्रोटीन इकट्ठे या संश्लेषित होंगे, जो आपकी मांसपेशियां बन जाएंगे। इसमें कुछ ऊर्जा लगेगी।

ऊर्जा प्राप्त करना। ग्लाइकोलाइसिस क्या है?

सभी जीवित जीवों के लिए ऊर्जा प्राप्त करने की प्रक्रियाओं में से एक ग्लाइकोलाइसिस है। ग्लाइकोलाइसिस हमारी किसी भी कोशिका के कोशिका द्रव्य में पाया जा सकता है। "ग्लाइकोलिसिस" नाम ग्रीक से आया है। - मीठा और ग्रीक। - विघटन।

ग्लाइकोलाइसिस एटीपी के संश्लेषण के साथ कोशिकाओं में ग्लूकोज के क्रमिक टूटने की एक एंजाइमेटिक प्रक्रिया है। ये 13 एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाएं हैं। ग्लाइकोलाइसिस पर एरोबिकस्थितियां पाइरुविक एसिड (पाइरूवेट) के निर्माण की ओर ले जाती हैं।

में ग्लाइकोलाइसिस अवायवीयस्थितियां लैक्टिक एसिड (लैक्टेट) के गठन की ओर ले जाती हैं। ग्लाइकोलाइसिस पशुओं में ग्लूकोज अपचय का मुख्य मार्ग है।

ग्लाइकोलाइसिस लगभग सभी जीवित जीवों में ज्ञात सबसे पुरानी चयापचय प्रक्रियाओं में से एक है। संभवतः, ग्लाइकोलाइसिस 3.5 अरब साल पहले प्राथमिक में दिखाई दिया प्रोकैर्योसाइटों. (प्रोकैरियोट्स ऐसे जीव हैं जिनकी कोशिकाओं में कोई गठित नाभिक नहीं होता है। इसके कार्य एक न्यूक्लियोटाइड द्वारा किए जाते हैं (अर्थात, "एक नाभिक की तरह"); नाभिक के विपरीत, न्यूक्लियोटाइड का अपना खोल नहीं होता है)।

अवायवीय ग्लाइकोलाइसिस

एनारोबिक ग्लाइकोलाइसिस ऑक्सीजन का उपयोग किए बिना ग्लूकोज अणु से ऊर्जा प्राप्त करने का एक तरीका है। ग्लाइकोलाइसिस (दरार) की प्रक्रिया ग्लूकोज के ऑक्सीकरण की प्रक्रिया है, जिसमें ग्लूकोज के एक अणु से दो अणु बनते हैं। पाइरुविक तेजाब।

ग्लूकोज अणु दो भागों में विभाजित हो जाता है, जिसे कहा जा सकता है पाइरूवेट, जो पाइरुविक अम्ल के समान है। पाइरूवेट का प्रत्येक आधा एक एटीपी अणु को बहाल कर सकता है। यह पता चला है कि विभाजन के दौरान ग्लूकोज का एक अणु एटीपी के दो अणुओं को बहाल कर सकता है।

लंबे समय तक दौड़ते समय या एनारोबिक मोड में दौड़ते समय, थोड़ी देर के बाद सांस लेना मुश्किल हो जाता है, पैरों की मांसपेशियां थक जाती हैं, पैर भारी हो जाते हैं, वे, आपकी तरह, पर्याप्त ऑक्सीजन प्राप्त करना बंद कर देते हैं।

क्योंकि मांसपेशियों में ऊर्जा प्राप्त करने की प्रक्रिया ग्लाइकोलाइसिस के साथ समाप्त होती है। इसलिए, मांसपेशियों में दर्द होने लगता है और ऊर्जा की कमी के कारण काम करने से मना कर दिया जाता है। बनाया दुग्धाम्लया लैक्टेटयह पता चला है कि एक एथलीट जितनी तेजी से दौड़ता है, उतनी ही तेजी से वह लैक्टेट पैदा करता है। रक्त में लैक्टेट का स्तर व्यायाम की तीव्रता से निकटता से संबंधित है।

एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस

अपने आप में, ग्लाइकोलाइसिस एक पूरी तरह से अवायवीय प्रक्रिया है, अर्थात प्रतिक्रियाओं को होने के लिए ऑक्सीजन की उपस्थिति की आवश्यकता नहीं होती है। लेकिन आपको यह स्वीकार करना होगा कि ग्लाइकोलाइसिस के दौरान दो एटीपी अणु प्राप्त करना बहुत छोटा है।

इसलिए, शरीर है वैकल्पिक विकल्पग्लूकोज से ऊर्जा प्राप्त करना। लेकिन ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ। यह ऑक्सीजन श्वसन है। जो हम में से प्रत्येक के पास है, या एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस. एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस मांसपेशियों में एटीपी भंडार को जल्दी से बहाल करने में सक्षम है।

गतिशील गतिविधियों जैसे दौड़ना, तैरना आदि के दौरान एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस होता है। यानी अगर आप दौड़ते हैं और दम घुटने नहीं लगता, लेकिन पास के किसी दौड़ते हुए कॉमरेड से शांति से बात करते हैं, तो हम कह सकते हैं कि आप एरोबिक मोड में दौड़ रहे हैं।

श्वसन या एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस में होता है माइटोकॉन्ड्रियाविशेष एंजाइमों के प्रभाव में और ऑक्सीजन की लागत की आवश्यकता होती है, और तदनुसार, इसके वितरण के लिए समय।

ऑक्सीकरण कई चरणों में होता है, ग्लाइकोलाइसिस पहले होता है, लेकिन इस प्रतिक्रिया के मध्यवर्ती चरण के दौरान बनने वाले दो पाइरूवेट अणु लैक्टिक एसिड अणुओं में परिवर्तित नहीं होते हैं, लेकिन माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करते हैं, जहां वे क्रेब्स चक्र में कार्बन डाइऑक्साइड CO2 और ऑक्सीकृत होते हैं। पानी H2O और 36 और ATP अणुओं के उत्पादन के लिए ऊर्जा प्रदान करता है।

माइटोकॉन्ड्रिया-ये विशेष अंग हैं जो कोशिका में होते हैं, और इसलिए ऐसा होता हैकोशिकीय श्वसन जैसा कुछ। ऐसा श्वसन उन सभी जीवों में होता है जिन्हें ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, जिसमें आप और मैं भी शामिल हैं।

ग्लाइकोलाइसिस असाधारण महत्व का एक अपचयी मार्ग है। यह प्रोटीन संश्लेषण सहित सेलुलर प्रतिक्रियाओं के लिए ऊर्जा प्रदान करता है। ग्लाइकोलाइसिस के मध्यवर्ती उत्पादों का उपयोग वसा के संश्लेषण में किया जाता है। पाइरूवेट का उपयोग ऐलेनिन, एस्पार्टेट और अन्य यौगिकों को संश्लेषित करने के लिए भी किया जा सकता है। ग्लाइकोलाइसिस के लिए धन्यवाद, माइटोकॉन्ड्रियल प्रदर्शन और ऑक्सीजन की उपलब्धता अल्पकालिक अत्यधिक भार के दौरान मांसपेशियों की शक्ति को सीमित नहीं करती है। एरोबिक ऑक्सीकरण अवायवीय ग्लाइकोलाइसिस की तुलना में 20 गुना अधिक कुशल है।

माइटोकॉन्ड्रिया क्या है?

माइटोकॉन्ड्रिया (ग्रीक μίτος - धागा और χόνδρος - अनाज, अनाज से) - एक दो-झिल्ली गोलाकार या दीर्घवृत्ताभ ऑर्गेनॉइड आमतौर पर लगभग 1 माइक्रोमीटर के व्यास के साथ .. सेल का ऊर्जा स्टेशन; मुख्य कार्य कार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण और उनके क्षय के दौरान जारी ऊर्जा का उपयोग विद्युत क्षमता, एटीपी संश्लेषण और थर्मोजेनेसिस उत्पन्न करने के लिए होता है।

एक कोशिका में माइटोकॉन्ड्रिया की संख्या स्थिर नहीं होती है। उनमें से कई विशेष रूप से कोशिकाओं में होते हैं जिनमें ऑक्सीजन की आवश्यकता अधिक होती है। प्रत्येक विशेष क्षण में कोशिका के किन भागों में ऊर्जा की खपत में वृद्धि होती है, इसके आधार पर कोशिका में माइटोकॉन्ड्रिया साइटोप्लाज्म के माध्यम से उच्चतम ऊर्जा खपत वाले क्षेत्रों में जाने में सक्षम होते हैं।

माइटोकॉन्ड्रियल कार्य

माइटोकॉन्ड्रिया के मुख्य कार्यों में से एक एटीपी का संश्लेषण है, जो किसी भी जीवित कोशिका में रासायनिक ऊर्जा का सार्वभौमिक रूप है। देखिए, इनपुट में पाइरूवेट के दो अणु होते हैं, और आउटपुट पर "बहुत सी चीजें" की एक बड़ी मात्रा होती है। इस "कई चीजें" को "क्रेब्स साइकिल" कहा जाता है। वैसे इस चक्र की खोज के लिए हैंस क्रेब्स को नोबेल पुरस्कार मिला था।

हम कह सकते हैं कि यह ट्राइकारबॉक्सिलिक अम्लों का चक्र है। इस चक्र में अनेक पदार्थ क्रमिक रूप से एक दूसरे में बदल जाते हैं। सामान्य तौर पर, जैसा कि आप समझते हैं, जैव रसायनविदों के लिए यह बात बहुत महत्वपूर्ण और समझने योग्य है। दूसरे शब्दों में, यह ऑक्सीजन का उपयोग करने वाली सभी कोशिकाओं के श्वसन में एक महत्वपूर्ण कदम है।

नतीजतन, हमें आउटपुट पर कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और 36 एटीपी अणु मिलते हैं। आपको याद दिला दूं कि ग्लाइकोलाइसिस (ऑक्सीजन की भागीदारी के बिना) प्रति ग्लूकोज अणु में केवल दो एटीपी अणु उत्पन्न करता है। इसलिए, जब हमारी मांसपेशियां बिना ऑक्सीजन के काम करना शुरू कर देती हैं, तो उनकी कार्यक्षमता बहुत कम हो जाती है। यही कारण है कि सभी प्रशिक्षण का उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि मांसपेशियां यथासंभव लंबे समय तक ऑक्सीजन पर काम कर सकें।

माइटोकॉन्ड्रिया की संरचना

माइटोकॉन्ड्रिया में दो झिल्ली होती हैं: बाहरी और भीतरी। बाहरी झिल्ली का मुख्य कार्य कोशिका के साइटोप्लाज्म से ऑर्गेनॉइड को अलग करना है। इसमें एक बिलीपिड परत और इसे भेदने वाले प्रोटीन होते हैं, जिसके माध्यम से माइटोकॉन्ड्रिया के काम करने के लिए आवश्यक अणुओं और आयनों का परिवहन किया जाता है।

जबकि बाहरी झिल्ली चिकनी होती है, आंतरिक झिल्ली कई तह बनाती है -क्राइस्टे, जो अपने क्षेत्र में काफी वृद्धि करता है। अधिकांश भाग के लिए आंतरिक झिल्ली में प्रोटीन होते हैं, जिनमें श्वसन श्रृंखला एंजाइम, परिवहन प्रोटीन और बड़े एटीपी - सिंथेटेस कॉम्प्लेक्स होते हैं। यहीं पर एटीपी का संश्लेषण होता है। बाहरी और आंतरिक झिल्लियों के बीच में अपने निहित एंजाइमों के साथ इंटरमेम्ब्रेन स्पेस होता है।
माइटोकॉन्ड्रिया का आंतरिक भाग कहलाता है आव्यूह. यहाँ फैटी एसिड और पाइरूवेट के ऑक्सीकरण के लिए एंजाइम सिस्टम, क्रेब्स चक्र के एंजाइम, साथ ही माइटोकॉन्ड्रिया की वंशानुगत सामग्री - डीएनए, आरएनए और प्रोटीन-संश्लेषण तंत्र हैं।

माइटोकॉन्ड्रिया कोशिकाओं के लिए ऊर्जा का एकमात्र स्रोत हैं। प्रत्येक कोशिका के कोशिका द्रव्य में स्थित, माइटोकॉन्ड्रिया "बैटरी" के बराबर होते हैं जो कोशिका के लिए आवश्यक ऊर्जा का उत्पादन, भंडारण और वितरण करते हैं।
मानव कोशिकाओं में औसतन 1500 माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं। वे विशेष रूप से गहन चयापचय के साथ कोशिकाओं में असंख्य हैं (उदाहरण के लिए, मांसपेशियों या यकृत में)।
माइटोकॉन्ड्रिया मोबाइल हैं और कोशिका की जरूरतों के आधार पर साइटोप्लाज्म में चलते हैं। अपने स्वयं के डीएनए की उपस्थिति के कारण, वे कोशिका विभाजन की परवाह किए बिना गुणा और आत्म-विनाश करते हैं।
कोशिकाएं माइटोकॉन्ड्रिया के बिना कार्य नहीं कर सकतीं, उनके बिना जीवन संभव नहीं है।