पिछले प्रश्नपत्रों के प्रश्न और उनके हल

इस अध्याय से बोर्ड के प्रश्न

ये प्रश्न बोर्ड परीक्षा में पूछे जा चुके हैं। लिखित प्रश्नों में कुछ विषय बार-बार लौटते हैं: नाभिकीय विखंडन, जीवाश्मी ईंधन की परिभाषा, भूतापीय ऊर्जा, ऊर्जा संकट और बायोगैस संयंत्र की बनावट-क्रिया।

हर लिखित प्रश्न का उत्तर पहले खुद कॉपी में लिखिए, फिर मिलाइए। बायोगैस वाले उत्तर में चित्र का शब्दों में वर्णन है, उसे देखकर एक बार साफ़ चित्र बनाकर नामांकन का अभ्यास कर लीजिए। उसके बाद क्विज़ में वस्तुनिष्ठ प्रश्न कीजिए।

ऊर्जा का उत्तम स्रोत

प्रश्न 1. ऊर्जा का उत्तम स्रोत किसे कहते हैं ?

उत्तर:

ऊर्जा का उत्तम स्रोत वह है जो:

1. प्रति एकांक आयतन या प्रति एकांक द्रव्यमान अधिक कार्य करे, यानी अधिक ऊर्जा दे।
2. सरलता से सुलभ हो।
3. भंडारण और परिवहन में आसान हो।
4. सस्ता हो।

इसके साथ यह भी देखा जाता है कि उसके उपयोग से पर्यावरण को कम से कम हानि हो। जैसे LPG और जैव गैस अधिक ऊष्मा देते हैं और कम धुआँ करते हैं।

यही बात "ऊर्जा का अच्छा स्रोत क्या है ?" के रूप में भी पूछी जाती है। उत्तर वही रहेगा।

जीवाश्मी ईंधन

प्रश्न 2. जीवाश्म ईंधन क्या है ? उदाहरण सहित लिखें।

उत्तर:

करोड़ों वर्ष पहले पृथ्वी के भीतर दबे पेड़-पौधों और जंतुओं के अवशेष ऊँचे ताप और दाब में धीरे-धीरे ईंधन में बदल गए। ऐसे ईंधनों को जीवाश्मी (जीवाश्म) ईंधन कहते हैं।

उदाहरण: कोयला, पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस।

इनके भंडार सीमित हैं और ये जल्दी दोबारा नहीं बनते, इसलिए ये अनवीकरणीय स्रोत हैं। जलने पर इनसे कार्बन, सल्फ़र और नाइट्रोजन के ऑक्साइड निकलते हैं, जिनसे वायु प्रदूषण और अम्लीय वर्षा होती है।

यही प्रश्न "जीवाश्म ईंधन क्या होते हैं ?" के रूप में भी पूछा जाता है।

क्या जीवाश्म ईंधन नवीकरणीय है

प्रश्न 3. क्या जीवाश्म ईंधन नवीकरणीय है ? कारण दें।

उत्तर:

नहीं, जीवाश्मी ईंधन (कोयला, पेट्रोलियम, प्राकृतिक गैस) अनवीकरणीय हैं।

कारण:

1. ये करोड़ों वर्षों में पृथ्वी के भीतर दबे पौधों और जंतुओं के अवशेषों से बने हैं। एक बार जल जाने पर इन्हें दोबारा बनने में फिर करोड़ों वर्ष लगेंगे।
2. इनके भंडार सीमित हैं। जिस तेज़ी से हम इन्हें खर्च कर रहे हैं, उससे ये भंडार एक दिन खाली हो जाएँगे।

जीवाश्मी ईंधन की कमियाँ

प्रश्न 4. जीवाश्म ईंधन की कमियाँ क्या हैं ?

उत्तर:

1. ये अनवीकरणीय हैं, इनका भंडार सीमित है और एक दिन खत्म हो जाएगा।
2. जलने पर कार्बन, नाइट्रोजन और सल्फ़र के ऑक्साइड निकलते हैं, जिनसे वायु प्रदूषण होता है।
3. ये ऑक्साइड अम्लीय हैं, इनसे अम्लीय वर्षा होती है, जो जल और मृदा को नुकसान पहुँचाती है।
4. इनसे निकली कार्बन डाइऑक्साइड ग्रीन हाउस प्रभाव बढ़ाती है, जिससे पृथ्वी का ताप बढ़ता है।

ग्रीनहाउस प्रभाव

प्रश्न 5. ग्रीनहाउस प्रभाव किसे कहते हैं ?

उत्तर:

सूर्य का प्रकाश पृथ्वी की सतह को गर्म करता है, और गर्म सतह ऊष्मा को अवरक्त विकिरण के रूप में वापस छोड़ती है। वायुमंडल की कुछ गैसें, जैसे कार्बन डाइऑक्साइड, मेथेन और जलवाष्प, इस ऊष्मा के एक भाग को बाहर जाने से रोक लेती हैं, जैसे पौधघर (ग्रीनहाउस) का काँच भीतर की गर्मी को रोके रखता है। इससे पृथ्वी का वातावरण गर्म बना रहता है। इसी घटना को ग्रीनहाउस (पौधघर) प्रभाव कहते हैं, और ऐसी गैसों को ग्रीनहाउस गैसें।

जीवाश्मी ईंधन जलाने से कार्बन डाइऑक्साइड बढ़ती है, तो यह प्रभाव बढ़ जाता है और पृथ्वी का औसत ताप बढ़ने लगता है। इसे वैश्विक ऊष्मण (ग्लोबल वार्मिंग) कहते हैं।

नवीकरणीय और अनवीकरणीय स्रोत

प्रश्न 6. नवीकरणीय और अनवीकरणीय स्रोत क्या हैं ?

उत्तर:

नवीकरणीय स्रोत: ऊर्जा के वे स्रोत जिनका प्रकृति में पुनर्जनन होता रहता है और जो उपयोग से खत्म नहीं होते, नवीकरणीय स्रोत कहलाते हैं। उदाहरण: सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा, जल विद्युत, जैव-मात्रा।

अनवीकरणीय स्रोत: ऊर्जा के वे स्रोत जिनका भंडार सीमित है, जो एक बार खर्च होने पर जल्दी दोबारा नहीं बनते और किसी दिन खत्म हो जाएँगे, अनवीकरणीय (समाप्य) स्रोत कहलाते हैं। उदाहरण: कोयला, पेट्रोलियम, प्राकृतिक गैस।

ऊर्जा संकट और उसका समाधान

प्रश्न 7. ऊर्जा-संकट क्या है ? इसके समाधान के उपायों का उल्लेख करें।

उत्तर:

ऊर्जा संकट: जीवन-स्तर ऊँचा होने, जनसंख्या और उद्योग बढ़ने से ऊर्जा की माँग लगातार बढ़ रही है। दूसरी ओर इस माँग का बड़ा भाग कोयला और पेट्रोलियम जैसे जीवाश्मी ईंधनों से पूरा होता है, जिनके भंडार सीमित हैं और तेज़ी से घट रहे हैं। माँग के मुकाबले उपयोगी ऊर्जा के स्रोतों की इस कमी को ऊर्जा संकट कहते हैं।

ध्यान रहे, ऊर्जा नष्ट नहीं होती, पर काम के बाद वह कम उपयोगी रूप में वातावरण में बिखर जाती है। इसलिए संकट उपयोगी ऊर्जा का है।

समाधान के उपाय:

1. नवीकरणीय स्रोतों का अधिक उपयोग: सौर कुकर, सौर पैनल, पवन ऊर्जा, जल विद्युत, जैव गैस, ज्वारीय और भूतापीय ऊर्जा।
2. ऊर्जा की बचत: काम न होने पर बत्ती-पंखे बंद रखना, कम बिजली खाने वाले बल्ब और उपकरण लगाना, निजी गाड़ी की जगह बस-रेल या साइकिल का उपयोग।
3. दक्षता बढ़ाना: दहन की दक्षता बढ़ाना और ऊर्जा का अपव्यय रोकने वाली तकनीकें अपनाना।
4. जैव-मात्रा का प्रबंधन: काटे गए पेड़ों की जगह नए पेड़ लगाना, गोबर से सीधे उपले जलाने की जगह जैव गैस बनाना।
5. नए स्रोतों का विकास: नाभिकीय ऊर्जा का सुरक्षित उपयोग और महासागरों की ऊर्जा जैसे नए स्रोतों पर शोध।

यही प्रश्न "ऊर्जा संकट क्या है ? इसके समाधान का उल्लेख करें।" के रूप में भी पूछा जाता है।

बायोगैस संयंत्र: बनावट और क्रिया

प्रश्न 8. बायोगैस संयंत्र की मूल बनावट तथा क्रिया का वर्णन करें।

उत्तर:

गोबर, फ़सल के अवशेष, सब्ज़ियों का कचरा और वाहित मल ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में अपघटित होकर जैव गैस (बायोगैस) देते हैं। मुख्य कच्चा पदार्थ गोबर है, इसलिए इसे गोबर गैस भी कहते हैं।

बनावट: संयंत्र में ईंटों से बनी गुंबद जैसी संरचना होती है। इसके भाग हैं:

1. मिश्रण टंकी: जहाँ गोबर और पानी मिलाकर घोल बनाया जाता है।
2. संपाचित्र (डाइजेस्टर): ज़मीन के नीचे चारों ओर से बंद कक्ष, जिसमें ऑक्सीजन नहीं होती।
3. गैस टंकी: संपाचित्र के ऊपर गुंबद वाला भाग, जहाँ गैस जमा होती है, और उस पर वाल्व लगा गैस निर्गम पाइप।
4. निर्गम टंकी: जहाँ से बची हुई स्लरी बाहर निकलती है।

क्रिया:

1. मिश्रण टंकी में गोबर और पानी का गाढ़ा घोल, कर्दम (स्लरी), बनाकर संपाचित्र में डाला जाता है।
2. संपाचित्र में अवायवीय सूक्ष्मजीव गोबर के जटिल यौगिकों का अपघटन करते हैं। कुछ दिनों में मेथेन, कार्बन डाइऑक्साइड, हाइड्रोजन और हाइड्रोजन सल्फ़ाइड वाली गैस बनती है।
3. गैस ऊपर गैस टंकी में जमा होती है और पाइपों से रसोई या बत्ती तक ले जाई जाती है।
4. बची स्लरी निर्गम टंकी से समय-समय पर निकाल ली जाती है।

लाभ: जैव गैस में 75% तक मेथेन होती है, यह बिना धुआँ जलती है, राख नहीं छोड़ती और इसकी तापन क्षमता उच्च है। बची स्लरी में नाइट्रोजन और फ़ॉस्फ़ोरस भरपूर होते हैं, इसलिए वह उत्तम खाद है। साथ ही कचरे का सुरक्षित निपटारा हो जाता है।

चित्र बनाने के लिए: बीच में ज़मीन के नीचे बड़ा संपाचित्र, उसके ऊपर गुंबद (गैस टंकी) और गुंबद के शिखर पर गैस निर्गम पाइप, बाईं ओर ऊपर से संपाचित्र में उतरता कर्दम का रास्ता (मिश्रण टंकी की ओर से), दाईं ओर ऊपर उठती निर्गम टंकी जिसमें खाद, और गुंबद के दोनों ओर मिट्टी। नामांकन: कर्दम, संपाचित्र (डाइजेस्टर), गैस टंकी, गैस निर्गम, निर्गम टंकी, खाद, मिट्टी।

चित्र के नामांकन: 1. मिश्रण टंकी, 2. कर्दम (स्लरी) डालने का रास्ता, 3. संपाचित्र (डाइजेस्टर), 4. गैस टंकी, 5. गैस निर्गम (वाल्व सहित), 6. मिट्टी, 7. निर्गम टंकी, 8. खाद (उर्वरक)

यही प्रश्न "बायोगैस संयंत्र की बनावट और कार्यविधि का वर्णन करें।" के रूप में भी पूछा जाता है।

सौर कुकर के लाभ और हानियाँ

प्रश्न 9. सौर कुकर का उपयोग करने के क्या लाभ तथा हानियाँ हैं ?

उत्तर:

सौर कुकर एक डिब्बा है जिसका भीतरी भाग काला रंगा होता है, ऊपर काँच का ढक्कन होता है और एक दर्पण सूर्य की किरणों को भीतर परावर्तित करता है। काला पृष्ठ अधिक ऊष्मा सोखता है और काँच पौधघर प्रभाव से ऊष्मा को भीतर रोके रखता है।

लाभ:

1. सूर्य की ऊर्जा बिना खर्च के मिलती है, ईंधन पर पैसा नहीं लगता।
2. यह अक्षय और नवीकरणीय स्रोत का उपयोग करता है।
3. धुआँ या राख नहीं होती, इसलिए प्रदूषण नहीं होता।
4. लकड़ी, कोयला और LPG की बचत होती है।
5. धीमी आँच पर पकने से भोजन के पोषक तत्व कम नष्ट होते हैं, और एक साथ कई बर्तनों में खाना पक सकता है।

हानियाँ:

1. यह दिन के कुछ निश्चित समय पर ही काम करता है, रात में इसका उपयोग नहीं हो सकता।
2. बादल वाले, वर्षा वाले या कोहरे वाले दिन यह काम नहीं करता।
3. खाना पकने में बहुत समय लगता है।
4. इसमें तलना या रोटी सेंकना जैसे काम नहीं हो सकते।
5. धूप की दिशा बदलने पर दर्पण को बार-बार घुमाना पड़ता है।

जहाँ ज़्यादातर दिन बादल रहते हैं, या घने जंगल और पहाड़ों की छाया वाले क्षेत्रों में, सौर कुकर की उपयोगिता सीमित है।

सोलर सेल से बिजली के लाभ

प्रश्न 10. सोलर सेल से विद्युत उत्पन्न करने के क्या लाभ हैं ?

उत्तर:

1. सौर सेल सौर ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में बदलते हैं, और धूप बिना दाम के मिलती है तथा अक्षय है।
2. इनमें कोई गतिमान पुर्ज़ा नहीं होता, इसलिए रखरखाव सस्ता है।
3. ये बिना किसी फ़ोकसन युक्ति के भी अच्छा काम करते हैं और कोई प्रदूषण नहीं करते।
4. इन्हें दूर-दराज़ और दुर्गम स्थानों पर लगाया जा सकता है, जहाँ बिजली की केबल बिछाना बहुत महँगा पड़ता है।

इसी कारण उपग्रहों, ट्रैफ़िक सिग्नलों, कैलकुलेटरों और दूर के टीवी रिले केंद्रों में सौर सेल लगाए जाते हैं।

भूतापीय ऊर्जा

प्रश्न 11. भूतापीय ऊर्जा क्या है ?

उत्तर:

पृथ्वी के भीतर की ऊष्मा से मिलने वाली ऊर्जा को भूतापीय ऊर्जा कहते हैं।

भौमिकीय परिवर्तनों के कारण गहराई के गर्म क्षेत्रों से पिघली चट्टानें ऊपर आकर कुछ जगहों पर जमा हो जाती हैं। इन्हें तप्त स्थल कहते हैं। भूमिगत जल इनके संपर्क में आकर भाप बन जाता है। चट्टानों के बीच फँसी इस ऊँचे दाब वाली भाप को पाइपों से निकालकर टरबाइन घुमाई जाती है और बिजली बनती है। जहाँ गर्म पानी अपने आप सतह पर निकल आता है, उसे गरम चश्मा या ऊष्ण स्रोत कहते हैं।

इससे बिजली बनाना सस्ता है, पर ऐसे क्षेत्र बहुत कम हैं। न्यूज़ीलैंड और संयुक्त राज्य अमेरिका में इस पर आधारित कई संयंत्र हैं।

यही प्रश्न "भू-ऊष्मीय ऊर्जा क्या है ?" के रूप में भी पूछा जाता है।

नाभिकीय ऊर्जा

प्रश्न 12. नाभिकीय ऊर्जा से आप क्या समझते हैं ?

उत्तर:

परमाणु के नाभिक में होने वाले परिवर्तन से जो ऊर्जा मुक्त होती है, उसे नाभिकीय ऊर्जा कहते हैं। यह दो तरह से मिलती है: भारी नाभिक के टूटने (विखंडन) से, या दो हल्के नाभिकों के जुड़ने (संलयन) से।

इन क्रियाओं में थोड़ा-सा द्रव्यमान घट जाता है, और यह द्रव्यमान-क्षति आइंस्टीन के समीकरण $E=\Delta m\,c^{2}$ के अनुसार विशाल ऊर्जा में बदल जाती है। नाभिकीय विद्युत संयंत्रों में यूरेनियम के नियंत्रित विखंडन से निकली ऊर्जा से भाप बनाकर बिजली बनाई जाती है।

नाभिकीय विखंडन

प्रश्न 13. नाभिकीय विखंडन क्या है ?

उत्तर:

जिस प्रक्रिया में किसी भारी परमाणु (जैसे यूरेनियम, प्लूटोनियम या थोरियम) के नाभिक पर निम्न ऊर्जा वाले न्यूट्रॉनों की बमबारी करके उसे हल्के नाभिकों में तोड़ा जाता है, उसे नाभिकीय विखंडन कहते हैं।

इसमें बने नाभिकों के द्रव्यमानों का योग मूल नाभिक के द्रव्यमान से थोड़ा कम होता है। यह द्रव्यमान-अंतर $E=\Delta m\,c^{2}$ के अनुसार विशाल ऊर्जा बनकर निकलता है। विखंडन में नए न्यूट्रॉन भी निकलते हैं, जो दूसरे नाभिकों को तोड़कर श्रृंखला अभिक्रिया चलाते हैं। नाभिकीय विद्युत संयंत्रों में यही श्रृंखला अभिक्रिया नियंत्रित दर पर चलाई जाती है।

नाभिकीय संलयन

प्रश्न 14. नाभिकीय संलयन क्या है ?

उत्तर:

जब दो हल्के नाभिक आपस में जुड़कर एक भारी नाभिक बनाते हैं, तो इस प्रक्रिया को नाभिकीय संलयन कहते हैं। प्रायः हाइड्रोजन के समस्थानिकों से हीलियम बनती है:

$$^{2}\text{H}+{}^{2}\text{H}\rightarrow{}^{3}\text{He}+n$$

बने उत्पाद का द्रव्यमान, जुड़ने वाले नाभिकों के द्रव्यमानों के योग से थोड़ा कम होता है, और यही अंतर $E=\Delta m\,c^{2}$ के अनुसार विशाल ऊर्जा बनकर निकलता है। इसके लिए मिलियन कोटि केल्विन ताप और बहुत ऊँचा दाब चाहिए। सूर्य और तारों की ऊर्जा इसी से आती है।

सूर्य की ऊर्जा का स्रोत

प्रश्न 15. सूर्य की ऊर्जा का स्रोत क्या है ?

उत्तर:

सूर्य की ऊर्जा का स्रोत उसके भीतर लगातार होने वाला नाभिकीय संलयन है। सूर्य के भीतर बहुत ऊँचे ताप और दाब पर हाइड्रोजन के हल्के नाभिक आपस में जुड़कर हीलियम का नाभिक बनाते हैं। इसमें थोड़ा द्रव्यमान घटता है, जो $E=\Delta m\,c^{2}$ के अनुसार विशाल ऊष्मा और प्रकाश ऊर्जा बनकर निकलता है।