Věda nás baví

Interaktivní a zábavné tábory a kroužky pro děti

Lekce II / 09 - Vítr

Cíl lekce:

Žáci se dozví, jak se využívá vítr pro výrobu energie. Názorně si ukáží a postaví větrný mlýn a anemometr.

Zeptejte se Vašich dětí:

  • Jak vzniká vítr?
  • Jaké znáte obnovitelné zdroje energie a co to znamená?
  • Jsou v České republice nějaké větrné elektrárny?
  • Čím se měří rychlost a síla větru?
  • Co měří anemometr?
  • Kde se nejčastěji měří síla a rychlost větru?
  • Co je Beaufortova stupnice?

Vítr 

Vítr je horizontální proudění vzduchu v atmosféře, které je vyvoláno rozdíly v tlaku vzduchu a rotací Země. Při jeho popisu nás zajímá jeho směr, rychlost a ochlazovací účinek. Rychlost a směr větru se měří pomocí anemometru.

Ukázka působení větru
Obrázek Wind-sculpted trees on the Pembrokeshire coast - geograph.org.uk – 298264 od ceridwen [CC-BY-SA-2.0], via Wikimedia Commons

Anemometr (větroměr)

K měření rychlosti větru bylo vyvinuto mnoho způsobů a přístrojů pracujících na různých principech: mechanické, aerodynamické, zchlazovací, značkovací, akustické anemometry atd.

Anemometr je přístroj pro měření rychlosti proudění anebo rychlosti a směru proudění. V meteorologii se používají anemometry k měření rychlosti větru anebo rychlosti a směru větru. Rychlost větru se standardně měří v 10 metrech nad zemí. 

 

Anemometr
Obrázek anemometer on the roof od Raymond Shobe [CC BY-SA 2.0], via Flickr

Jak vzniká vítr

Povrch země je velmi rozmanitý a některé jeho části se zahřívají rychleji a výrazněji než jiné (důležitou roli hraje barva a charakter povrchu). Poušť se rozpálí mnohem více než oceán nebo les. Zároveň se do nižších zeměpisných šířek dostává více tepla od Slunce. Samotná atmosféra se pak od povrchu zahřívá (mnohem více než od slunečního záření). V atmosféře tak vznikají místa s rozdílnou teplotou a tím pádem i fyzikálními vlastnostmi (studený vzduch je těžší než teplý). Následně dochází k vyrovnávání těchto rozdílů. Vznikají tlakové níže a výše. Masy vzduchu se rozpohybují.

Při zemi vždy proudí vzduch z tlakové výše do tlakové níže. V horní troposféře se potom tento vzduch ochlazuje a již nemůže dále stoupat - vrací se zpět do tlakové výše.

Směr větru

Směr větru se udává dle směru, odkud vítr vane - buď přesněji pomocí azimutu (0 až 360°), nebo v meteorologii pomocí světových stran (zpravidla s přesností na 22,5°, tj. s rozlišením na S, SSV, SV, VSV a V směr).

Rychlost a síla větru

Rychlost (síla) větru se klasifikuje buďto přesným určením jeho rychlosti (kilometry za hodinu, metry za sekundu, míle za hodinu), nebo ve stupních, které se určují odhadem podle Beaufortovy stupnice (má 17 stupňů, od bezvětří po orkán). Rychlost větru se v čase výrazně mění, proto se často udává průměrná rychlost větru (za určité období, např. 1 nebo 5 minut) a nárazová rychlost větru (maximální rychlost při jednorázovém nárazu).

Zjišťování směru a síly větru
Obrázek wind-direction-indicator-red-white od  Hans [Public domain], via Pixabay

Větrná energie 

Větrná energie je označení pro oblast technologie zabývající se využitím větru jako zdroje energie.

Využití větrné energie

Nejobvyklejším využitím jsou dnes větrné elektrárny, které využívají obnovitelného zdroje energie - síly větru k roztočení vrtule (větrná turbína). K ní je pak připojen elektrický generátor. Protože rychlost větru značně kolísá, nedosahují větrné elektrárny po většinu doby nominálních hodnot generovaného výkonu.

V historii se místo převodu na elektřinu přímo konala nějaká mechanická práce. Větrný mlýn například mlel obilí, větrnými stroji se čerpala voda, lisoval olej, stloukala plsť nebo poháněly katry. Vítr se také používá k pohonu dopravních prostředků, nejvíc u lodí (plachetnice).

Větrný mlýn
Obrázek Halnaker Windmill 2 od Charlesdrakew (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons

Větrná elektrárna

Působením aerodynamických sil na listy rotoru převádí větrná turbína umístěná na stožáru energii větru na rotační energii mechanickou. Ta je poté prostřednictvím generátoru zdrojem elektrické energie. Podél rotorových listů vznikají aerodynamické síly; listy proto musí mít speciálně tvarovaný profil, velmi podobný profilu křídel letadla. 

Pro výstavbu větrných elektráren se počítá s plochami v nadmořských výškách zpravidla nad 600 m, technologický rozvoj však již umožňuje vyrábět elektřinu z větru efektivně i  mimo horské oblasti. Až na výjimky se nicméně vhodné lokality nacházejí v horských pohraničních pásmech Krušných hor a Jeseníků, popř. v oblasti Českomoravské vrchoviny. Místa, kde jsou příznivé větrné podmínky, leží převážně v oblastech, které patří mezi zákonem chráněné oblasti. Odhaduje se, že z tohoto důvodu odpadá 60 – 70 % vhodných ploch pro výstavbu větrných elektráren. V současné době, kdy výška stožárů dosahuje až 100 – 150 metrů, se otevírá možnost využít i zalesněných ploch. Podle odborných studií má největší potenciál větrné energie oblast severních Čech a severní Moravy, následuje jižní Morava a západní Čechy. Nejméně „větrné“ jsou jižní Čechy.

Nejznámější větrné elektrárny v České republice: Kryštofovy Hamry (Ústecký kraj), Horní Loděnice (Olomoucký kraj), Jindřichovice (Karlovarský kraj), Rusová (Ústecký kraj), Pchery (Středočeský kraj), Mladoňov (Olomoucký kraj), Velká Kraš (Olomoucký kraj), Mravenečník (Olomoucký kraj).

Větrná elektrárna
Obrázek Windmill Field outside Palm Springs, California od matthew.hickey [CC-BY-2.0], via Wikimedia Commons

Větrník

Větrník se otáčí z toho důvodu, že se vzduch opře do křídel a tato čtyři křídla ho vedou určeným směrem dál, přitom ho ale nezadržují, pouze mění jeho směr. Síla, kterou působí vítr na křídla, způsobená změnou jeho směru, točí větrníkem. Větrné mlýny a větrné elektrárny pracují na stejném principu – jejich vrtule představují pro vítr překážky a ten jimi točí.

Větrník
Obrázek pinwheel-wheel-toy-colorful-wind od Nemo [Public domain], via Pixabay

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více:

Potřebujete poradit? Napište nám na info@vedanasbavi.cz

cancel
helpline kroužky

Můžeme Vám pomoci?

Nedaří se Vám dokončit přihlášku? Pokud máte problém, neváhejte nás kontaktovat:

Email: info@vedanasbavi.cz