dom \ Dokumentacja \ Dla nauczyciela fizyki

Podczas korzystania z materiałów z tej witryny - i umieszczenie banera jest OBOWIĄZKOWE!!!

Zintegrowana lekcja (fizyka + ekologia) na temat: „Materia - bez której życie nie jest możliwe”

Lekcja fizyki.

Dziś na zajęciach pracujemy nad mini projektem - Woda. Ekologiczne aspekty ekosystemów wodnych.

Celem naszej pracy jest wyjaśnienie znaczenia wody dla życia organizmów żywych, jej wpływu i wpływu środowiska na wodę, a co za tym idzie, na życie. Chodźmy do pracy.

Aby poprawnie odpowiedzieć na pytania z lekcji, należy uważnie zapoznać się z treścią materiału teoretycznego. Wszystkie pytania w lekcji odnoszą się konkretnie do części ją poprzedzającej.

Jeżeli jakieś pytanie sprawia Ci trudność, przeczytaj dokładnie jeszcze raz teorię.

Najpierw dowiedzmy się, jak woda wpływa na organizmy żywe, jakie jest jej znaczenie w naszym życiu, przypomnijmy sobie jej właściwości fizykochemiczne i jaki mają one związek z tym wpływem.

Ochrona przyrody jest nie tylko zadaniem ogólnopaństwowym, ale także sprawą całego narodu. Myśląc o przyszłości, człowiek już dziś powinien z troską i miłością traktować przyrodę, a przede wszystkim jej zasoby wodne.

Dziś na zajęciach przypomnimy sobie, co wiemy o wodzie i spróbujemy odpowiedzieć na to pytanie.

Dlaczego tak konieczne jest dbanie o stan ekosystemów wodnych?

Jakie problemy środowiskowe doświadczają poszczególne ekosystemy?

Jakie rozwiązania już znaleziono?

A także spróbuj zaproponować własne sposoby rozwiązania tych problemów.

Woda odgrywa dużą rolę w naszym życiu. Trudno sobie wyobrazić, co ludzkość zrobiłaby bez wody. Najwyraźniej po prostu by nie istniał. Z wodą na naszej planecie związane jest nie tylko życie i klimat, ale także praca większości sektorów gospodarki narodowej, zwłaszcza transportu wodnego. Woda jest najbogatszym źródłem energii - hydroenergia rzeczna, energia pływów, energia geotermalna i termojądrowa.

To dzięki wodzie powstają w przyrodzie najciekawsze i najróżniejsze zjawiska, takie jak tęcze, aureole, aureole, korony, „szepty gwiazd” i inne.

Niektórym kojarzą się z nimi różne przesądy i znaki. Ale naukowcy rozwiązali i znaleźli wyjaśnienie tych tajemniczych zjawisk naturalnych. Niektóre z nich powodowane są przez wodę, jej parę i lód.

Woda odgrywa w przyrodzie ogromną rolę. Tak naprawdę to morze było pierwszą areną życia na Ziemi.

Amoniak i węglowodany rozpuszczone w wodzie morskiej w kontakcie z niektórymi minerałami pod wystarczająco wysokim ciśnieniem i pod wpływem silnych wyładowań elektrycznych mogą spowodować powstanie substancji białkowych, na bazie których później powstały najprostsze organizmy.

Według K. E. Ciołkowskiego środowisko wodne pomogło chronić delikatne i początkowo niedoskonałe organizmy przed uszkodzeniami mechanicznymi. Ziemia i atmosfera stały się później drugą areną życia.

Można powiedzieć, że wszystkie żywe istoty składają się z wody i substancji organicznych. Na przykład bez wody człowiek mógłby żyć nie dłużej niż 2-3 dni, ale bez składników odżywczych może żyć kilka tygodni.

Aby zapewnić sobie normalne życie, człowiek musi wprowadzić do organizmu około 2 razy więcej wody wagowo niż składników odżywczych.

Utrata przez organizm człowieka więcej niż 10% wody może prowadzić do śmierci.

Ciało roślin i zwierząt zawiera średnio ponad 50% wody, w ciele meduzy do 96%, w glonach 95-99%, w zarodnikach i nasionach od 7 do 15%.

Gleba zawiera co najmniej 20% wody, podczas gdy w organizmie człowieka woda stanowi około 65% (w organizmie noworodka do 75%, u osoby dorosłej 60%).

Różne części ludzkiego ciała zawierają nierówną ilość wody: ciało szkliste oka składa się z 99% wody, krew zawiera 83%, tkanka tłuszczowa 29%, szkielet 22%, a nawet szkliwo zębów 0,2%.

W pierwotnej skorupie wodnej globu było znacznie mniej wody niż obecnie (nie więcej niż 10% całkowitej ilości wody występującej obecnie w zbiornikach i rzekach). Dodatkowa ilość wody pojawiła się później w wyniku uwolnienia się wody wchodzącej w skład wnętrza Ziemi.

Według ekspertów płaszcz Ziemi zawiera 10-12 razy więcej wody niż Ocean Światowy. Oceany, których średnia głębokość wynosi 4 km, zajmują około 71% powierzchni planety i zawierają 97,6% znanych na świecie zasobów wolnej wody.

Rzeki i jeziora zawierają 0,3% światowych zasobów wolnej wody.

Lodowce są także dużymi zbiornikami wilgoci – zawierają aż 2,1% światowych zasobów wody. Gdyby stopiły się wszystkie lodowce, poziom wody na Ziemi podniósłby się o 64 m, co oznaczałoby, że około 1/8 powierzchni lądu zostałaby zalana wodą.

W epoce zlodowaceń w Europie, Kanadzie i na Syberii grubość pokrywy lodowej na obszarach górskich osiągnęła 2 km, obecnie w wyniku ocieplenia klimatu Ziemi granice lodowców stopniowo się cofają. Powoduje to powolny wzrost poziomu wody w oceanach.

Około 86% pary wodnej dostaje się do atmosfery poprzez parowanie z powierzchni mórz i oceanów, a tylko 14% poprzez parowanie z powierzchni lądu. W rezultacie 0,0005% całkowitego zapasu wolnej wody koncentruje się w atmosferze. Ilość pary wodnej w powietrzu powierzchniowym jest zmienna. W szczególnie sprzyjających warunkach parowanie z podłoża może osiągnąć 2%.

Mimo to energia kinetyczna ruchu wody w morzach wynosi nie więcej niż 2% energii kinetycznej prądów powietrza. Dzieje się tak, ponieważ ponad jedna trzecia ciepła słonecznego pochłoniętego przez Ziemię jest wydawana na parowanie i trafia do atmosfery. Ponadto znaczna ilość energii przedostaje się do atmosfery w wyniku absorpcji przechodzącego przez nią promieniowania słonecznego i odbicia tego promieniowania od powierzchni ziemi.

Energia promienista Słońca i sklepienia nieba przechodząca przez powierzchnię wody zmniejsza się o połowę już w górnej połowie metra wody ze względu na silną absorpcję w podczerwonej części widma.

Ogromne znaczenie w życiu przyrody ma fakt, że największą gęstość wody obserwuje się w temperaturze 4 ° C. Kiedy zbiorniki słodkiej wody ochładzają się zimą, wraz ze spadkiem temperatury warstw powierzchniowych gęstsze masy wody opadają , a na ich miejscu od dołu unoszą się cieplejsze i mniej gęste masy.

Dzieje się tak, dopóki woda w głębokich warstwach nie osiągnie temperatury 4 ° C. W tym przypadku konwekcja ustaje, ponieważ poniżej będzie cięższa woda. Dalsze ochładzanie wody następuje tylko z powierzchni, co wyjaśnia powstawanie lodu w powierzchniowej warstwie zbiorników. Dzięki temu życie pod lodem się nie kończy, bo... Staw nie zamarza całkowicie.

1. Co to jest konwekcja?

Pionowe mieszanie wody morskiej odbywa się w wyniku działania wiatru, pływów i zmian gęstości wraz z wysokością. Mieszanie wody przez wiatr następuje od góry do dołu, podczas gdy mieszanie pływów następuje od dołu do góry. Mieszanie gęstości następuje w wyniku ochłodzenia wód powierzchniowych. Mieszanie wiatru i pływów rozciąga się na głębokość do 50 m, na większych głębokościach może na nie wpływać jedynie mieszanie gęstości. Powietrze rozpuszczone w wodzie jest bogate w tlen, który przyczynia się do rozwoju w nim procesów życiowych.

2. W których wodach jest więcej ryb: zimnych czy ciepłych?

Woda ma wysoką pojemność cieplną właściwą i niską przewodność cieplną, co również odgrywa ważną rolę dla życia znajdujących się w niej organizmów żywych.

3. Oblicz, o ile stopni zmieni się temperatura wody, jeśli temperatura powietrza o tej samej masie zmieni się o 10 stopni.

Wysoka pojemność cieplna wody wpływa również na klimat globu.

4. Klimat wysp jest bardziej umiarkowany i równy klimatowi większych kontynentów. Dlaczego?

Woda stawia większy opór niż powietrze. Wynika to z faktu, że ma dużą gęstość. Duża gęstość wody wiąże się z wysokim ciśnieniem. Adaptacja do różnych ciśnień w warstwach wody może również wyjaśniać kształt ciała ryb.

5. Czym różnią się kształty ciała płaszczek i leszczy i dlaczego?

Wśród cieczy występujących na Ziemi napięcie powierzchniowe wody ustępuje jedynie rtęci. Właściwości optyczne pary wodnej również odgrywają znaczącą rolę w życiu roślin. Para wodna silnie pochłania promienie podczerwone, co jest ważne dla ochrony gleby przed mrozem. Jeszcze skuteczniejszym lekarstwem na mróz jest rosa i mgła.

6. Dlaczego?

7. Oblicz, ile ciepła wydziela się podczas kondensacji pary wodnej o objętości 100 metrów sześciennych.

Znając właściwości fizyczne wody i lodu, ludzie od dawna wykorzystują je w swoich praktycznych działaniach.

8. Jak wytłumaczyć układanie gołych przewodów elektrycznych na lodzie?

9. Które morze może służyć jako standard przejrzystości wody?

Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Woda jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem.

10. Jak nazywa się woda, w której w 1 litrze rozpuszczono mniej niż 1 g minerałów?

11.Wyznacz masę tej wody.

12. Jak nazywa się woda o dużej zawartości gipsu i wapna?

13. Dlaczego raki żyją tylko w twardej wodzie?

Podsumujmy pierwszą część naszej lekcji.

14. Wymień główne właściwości fizyczne i chemiczne wody. Jak wpływają na życie organizmów żywych?

Powtórzyliśmy wpływ wody na życie organizmów żywych. Teraz rozpoczynasz drugą część swojej pracy: musisz dowiedzieć się, jak życie, a właściwie ludzie, wpływa na stan wody i jak wpływa to na środowisko i ludzi. Ponieważ organizmy żywe otrzymują substancje rozpuszczone w wodzie, jej najważniejszą cechą jest jej jakość, która gwałtownie pogarsza się w wyniku zanieczyszczenia. Na lekcji ekologii opowiecie o rodzajach zanieczyszczeń wody i przygotujecie streszczenia na konferencję prasową „Problemy ekologiczne ekosystemów wodnych”.

Lekcja ekologii.

Na lekcjach fizyki mówiliście o znaczeniu wody dla życia organizmów żywych. Jakie właściwości fizyczne i chemiczne wody wpływają na stan życia organizmów w niej występujących? Ty i ja już wiemy, że pojemność oceanu, jako naturalnego nieograniczonego oczyszczacza, nie jest nieograniczona, że ​​woda jest idealnym rozpuszczalnikiem i dlatego do naszego organizmu dostają się nie tylko przydatne, ale także szkodliwe substancje. Ponieważ występuje zanieczyszczenie wody. Ponieważ jedynie przygraniczne warstwy wód, stanowiące nie więcej niż 2-3% powierzchni Oceanu Światowego, mają działanie samooczyszczające, jego ekosystemy nie są już w stanie poradzić sobie z zanieczyszczeniami powodującymi ich degradację. Ratowanie ekosystemów wodnych jest jednym z najważniejszych zadań. Twoim zadaniem na tej lekcji jest znalezienie informacji, przygotowanie abstraktów na konferencję prasową i sporządzenie mapy „Stanu ekologicznego ekosystemów wodnych”. Będziemy szukać informacji w grupach. Zadania dla każdej grupy podane są na tablicy. Efektem naszej pracy powinien być w tej chwili najpełniejszy obraz „Stanu ekologicznego ekosystemów wodnych”, a zadaniem domowym jest opracowanie propozycji poprawy stanu ekosystemów wodnych i monitorowania stanu stawów Kuzminsky. Sprawdź plan lekcji.

Grupa szuka informacji w Internecie	Grupa współpracuje z dużą encyklopedią Cyryla i Metodego (CD-ROM)	Grupa pracująca z magazynem „Ekologia i życie” oraz encyklopedie
1. Zaloguj się do wyszukiwarki Rubricon. 2. Znajdź odpowiednią encyklopedię 3. Znajdź dane o morzach i jeziorach. 5. Zaloguj się do wyszukiwarki Yandex 6. Znajdź informacje na temat problemów środowiskowych mórz i sposobów ich rozwiązywania. 7. Zaloguj się do systemu wyszukiwania Aport i skorzystaj z wyszukiwania zaawansowanego, aby znaleźć informacje. 8. Napisz streszczenia na konferencję prasową 9. Zaznacz na mapie konturowej za pomocą programu Photoshop obszary zanieczyszczeń związanych z zanieczyszczeniem wody	1. Korzystając z materiałów encyklopedycznych, znajdź informacje na temat stanu ekologicznego rzek i jezior oraz ich charakterystyki. 2. Za pomocą programu Photoshop zaznacz na mapie konturowej obszary zanieczyszczeń związanych z zanieczyszczeniem ekosystemów wodnych. 3. Ułóż streszczenia na konferencję prasową i zadania do wykorzystania na lekcjach fizyki. 4. Zgłoś wyniki swojej pracy nauczycielowi drogą e-mailową:	1.Korzystanie z czasopism i encyklopedii w celu znalezienia niezbędnych informacji. 2. Przygotuj streszczenia na konferencję prasową oraz materiały pod nagłówkiem „Ciekawe fakty” do wykorzystania na lekcjach biologii w formacie .doc. 3. Prześlij swoją pracę w formacie .zip do nauczyciela e-mailem: 4. Zaznacz na mapie konturowej obszary zanieczyszczeń związanych z zanieczyszczeniem ekosystemów wodnych.

Rysując mapę, zwróć uwagę na to, że ani jedna encyklopedia nie da Ci pełnej mapy ani informacji. Aby poprawnie narysować mapę, musisz zastosować wiedzę z fizyki, geografii, ekologii i biologii.

Przypominam ci o twojej pracy domowej. Opracuj propozycje poprawy stanu ekosystemów wodnych, uwzględniając otrzymane informacje, i monitoruj stan pobliskich jezior.

Gonczar Elena Leonidowna

Nauczyciel fizyki,

nauczyciel-metodolog

Miejska placówka oświatowa „Szkoła nr 26 w Doniecku”

LEKCJA FIZYKI-ROZMOWA „OSZCZĘDZANIE ENERGII DLA KAŻDEGO”

ADNOTACJA: lekcja ma na celu kultywowanie wśród uczniów świadomości ekologicznej, powinna promować organizację umiejętności prowadzenia zrównoważonego ekologicznie i bezpiecznego stylu życia, zwracać uwagę na problematykę wykorzystania energii, oszczędzania energii i zasobów energetycznych oraz ochrony środowiska; Proponowany materiał stwarza motywację do oszczędzania zasobów i energii, angażuje dzieci w wieku szkolnym w pożyteczne zajęcia na rzecz energii i oszczędzania zasobów oraz stymuluje zainteresowanie badaniami naukowymi i praktycznym zastosowaniem wiedzy.

SŁOWA KLUCZOWE: oszczędzanie energii, środowisko, energia, urządzenia elektryczne, źródła energii, środki ostrożności.

Zadania:

Pomóż uczniom zrozumieć znaczenie ekologii jako nauki, naucz, jak mądrze gospodarować zasobami Ziemi, kultywuj przyjazne podejście do środowiska, naucz podejmować właściwe decyzje w kwestiach środowiskowych i podejmować sensowne działania.

Cele Lekcji: edukacyjny:

Stworzyć warunki do zapoznania się uczniów z rodzajami urządzeń elektrycznych, przeznaczeniem licznika energii elektrycznej i budową żelazka;

Promowanie rozwoju umiejętności obliczania ilości zużytej energii elektrycznej i jej kosztu;

Stwarzaj warunki do kształtowania początkowych umiejętności prawidłowej obsługi urządzeń elektrycznych i znajomości zasad bezpieczeństwa podczas ich użytkowania.

rozwijanie:

Promowanie rozwoju umiejętności uczniów w zakresie podkreślania najważniejszych rzeczy, których się uczą;

Przyczyniaj się do rozwoju analitycznego myślenia i poszerzania horyzontów;

Wykształcenie umiejętności wykonywania operacji analizy, syntezy, klasyfikacji, umiejętności obserwacji, wyciągania wniosków, identyfikowania istotnych cech obiektu, stawiania hipotez i stosowania ich przy rozwiązywaniu problemów różnych poziomów.

edukacyjny:

Przyczyniać się do rozwoju myślenia ekonomicznego wśród studentów;

Rozwój samodzielności i komunikacji w pracy;

Rozwijaj ostrożne podejście do zasobów energii i urządzeń gospodarstwa domowego.

Typ lekcji:łączny.

Formy prowadzenia lekcji: dialog, rozmowa, wyjaśnienia, praca praktyczna, ćwiczenia, instruktaż, praca z dokumentacją techniczną, działania w zakresie poradnictwa zawodowego.

Formy organizacji zajęć edukacyjnych i poznawczych uczniów: praca w grupach, indywidualna, cała klasa, praca z tekstem.

Plan lekcji

I. Organizowanie czasu.

II. Aktualizacja podstawowej wiedzy i umiejętności uczniów. Powtórzenie zasad bezpieczeństwa pracy. Tworzenie problematycznej sytuacji: „Wszystkie zasoby energii zostały wyczerpane. Jak znaleźć wyjście z tej sytuacji?”

III. Nauka nowego materiału.

1. Pojęcie licznika elektrycznego. Obliczanie kosztu zużytej energii elektrycznej.

2.Wykorzystanie technologii energooszczędnych w życiu codziennym.

3.Rodzaje elektrycznych urządzeń gospodarstwa domowego.

4. Rozmieszczenie urządzeń elektrycznych.

Podczas zajęć

І . Mowa inauguracyjna nauczyciela.

W niedawnej przeszłości elektrownie małej mocy zasilane węglem i ropą naftową miały trudności z zaspokajaniem potrzeb człowieka. Ale potrzeby były bardzo skromne. Naturalnie nie było wątpliwości, że Ziemia może wyczerpać swoje zasoby. Jednak liczba mieszkańców Ziemi rośnie wykładniczo, a co za tym idzie, wzrasta zapotrzebowanie na energię. Naukowcy próbują rozwiązać ten problem. Międzynarodowe konferencje, książki naukowe i badania poświęcone są znalezieniu tanich, dostępnych i przyjaznych dla środowiska rozwiązań. Dzisiaj na zajęciach będziemy rozmawiać na ten temat. Jak rozumiemy ten problem, co możemy zrobić, aby zachować bogactwo naszej planety?

ІІ . Aktualizacja podstawowej wiedzy i umiejętności uczniów.

Rozmowa.

1.Opowiedz, jaką rolę w naszym życiu odgrywa prąd elektryczny.

2. Jakie znasz elementy obwodu elektrycznego?

3.Co to jest rezystancja przewodnika? W jakich jednostkach się to mierzy?

4.Jak wyrazić pracę prądu elektrycznego w kategoriach mocy i czasu?

5. Jaki jest ogólny cel wszystkich urządzeń elektrycznych?

6.Nazwij urządzenia elektryczne używane w życiu codziennym.

7. Jakie lampy są zainstalowane w Twoim mieszkaniu? Spróbuj określić ich rodzaje i przeznaczenie. Jakich lamp używasz najczęściej?

8. Jaki jest warunek konieczny działania wymienionych urządzeń?

9. Które urządzenie pokazuje nam ilość zużytej energii?

ІІІ. Dyskusja na temat.

Nauczyciel: Co to jest energia?

Energia jest gałęzią gospodarki obejmującą zasoby energii, produkcję, przetwarzanie, przesyłanie i wykorzystanie różnych rodzajów energii.

Jak dawno temu ludzie zaczęli korzystać z energii?

Nauczyciel: Około 500 tysięcy lat temu człowiek po raz pierwszy opanował energię ognia - energię cieplną pochodzącą ze spalania drewna.

10 tysięcy lat temu, wraz z pojawieniem się rolnictwa, wzrosło zapotrzebowanie na surowce energetyczne, a ludzie zaczęli budować młyny zasilane energią wodną i wiatrową. Jednak wraz ze wzrostem produkcji przemysłowej i wzrostem liczby ludności Ziemi ludzie budują elektrownie cieplne w oparciu o węgiel, ropę i gaz ziemny. Szeroko rozwija się rzeczna energetyka wodna. Pod koniec XX wieku udało się opanować energię jądrową, która jednak nie zaspokaja już potrzeb człowieka. Ale są też niekonwencjonalne źródła energii – elektrownie wiatrowe (wykorzystuje się energię wiatru, wprawiając turbiny w ruch i wytwarzając w ten sposób prąd), elektrownie słoneczne – energię słoneczną, geotermalną (do spalania wykorzystuje się parę wodną z wody, podgrzewaną w głębi Ziemi). włączają turbiny podłączone do generatorów elektrycznych. ) Człowiek próbuje wykorzystać energię przypływów i odpływów, prądów morskich, ciekłego wodoru i paliwa syntetycznego. Ale co z problemami środowiskowymi wynikającymi z korzystania z niektórych źródeł energii?

Nauczyciel: Priorytetem jest wykorzystanie energii cieplnej. Ale! Również D.I. Mendelejew stwierdził, że używanie ropy naftowej jest tym samym, co palenie pieniędzy w piecu, chociaż nie wykorzystuje się ropy w czystej postaci, a jedynie olej opałowy, produkt jej przetworzenia. A podczas spalania dowolnego paliwa zużywa się dużą ilość tlenu i uwalnia się dwutlenek węgla w takich ilościach, że prowadzi to do problemu środowiskowego - powstaje „efekt cieplarniany”. Prowadzi to do ocieplenia klimatu, a w konsekwencji do powodzi (jesteśmy bardzo zaznajomieni z klęskami żywiołowymi w Europie). Podczas spalania paliwa zanieczyszcza się środowisko, co szkodzi zwierzętom (albo opuszczają swoje miejsca, albo umierają, albo zachodzą mutacje w rozwój) oraz zmiany jakości wody pitnej, nadmierne kwitnienie i zarastanie zbiorników wodnych. Prowadzi to do katastrof ekologicznych. To oczywiście nie może trwać w nieskończoność. Potrzebujemy alternatywy i ty i ja wiemy, że zasoby energii cieplnej nie są nieograniczone.

Wymień wyczerpalne i niewyczerpane źródła energii.

Obliczanie kosztu zużytej energii elektrycznej.

Przykład 1. Istnieje lampa elektryczna o mocy znamionowej 100 W. Lampa pali się codziennie przez 6 godzin. Znajdź aktualną pracę w ciągu jednego miesiąca (30 dni) i koszt zużytej energii według taryfy 2,45 hrywien za 1 kWh.

Stosowanie energooszczędnych technologii w życiu codziennym.

Czy zużycie energii zależy od pory roku?

Kochani, czy musimy racjonalnie i ostrożnie korzystać z prądu? Tworzenie sytuacji problemowej

Jakie sposoby oszczędzania energii możesz zaproponować?

Nie włączaj urządzeń oświetleniowych i ogrzewania elektrycznego, jeśli nie jest to konieczne;

Korzystaj z ekonomicznego trybu pracy domowych urządzeń elektrycznych (pralki, kuchenki elektryczne, odkurzacze);

Opuszczając mieszkanie należy upewnić się, że wszystkie urządzenia elektryczne są wyłączone (zasada ta jest jednocześnie zasadą bezpieczeństwa przeciwpożarowego).

W zależności od przeznaczenia urządzenia elektryczne są umownie podzielone na następujące grupy:

Do gotowania (kuchenki, miksery, krajarki do warzyw, sokowirówki, ekspresy do kawy, tostery, blendery itp.);

Płyny grzewcze (czajniki, samowary, bojlery, podgrzewacze wody);

Dodatkowe ogrzewanie i wentylacja pomieszczeń (grzejniki, kominki, konwektory, wentylatory, klimatyzatory);

Higiena osobista (żelazka, suszarki do włosów, poduszki grzewcze);

Zajęcia rekreacyjne (centra muzyczne, magnetofony, telewizory);

Sprzęt AGD (pralki, lodówki, odkurzacze);

Środki łączności (telefony, radiotelefony);

Elektronarzędzia (lutownice, palniki, polerki, wiertarki itp.).

Każde urządzenie elektryczne posiada paszport techniczny, który wskazuje napięcie, moc, numer normy, rok produkcji, nazwę producenta umieszczoną na korpusie urządzenia w formie tabliczki, a także instrukcję obsługi, która wskazać zasady działania, cechy pielęgnacji urządzenia, możliwe awarie i przyczyny ich eliminacji, zobowiązania gwarancyjne.

IV. Montaż elektrycznych urządzeń grzewczych.

Nauczyciel: wyczerpywalnymi źródłami energii są ropa naftowa, gaz, węgiel i uran. To, że może ich zabraknąć, to jeden problem, ale odpady z tych stacji są zabójcze dla ludzi. Niewyczerpanymi źródłami energii są energia biomasy, wiatru, słońca, fal i prądów morskich oraz ciepło ziemi. Jakie konsekwencje może spowodować awaria elektrowni jądrowej?

Nauczyciel: Nawet bez wypadku wokół reaktora panuje radioaktywne tło, które prowadzi do mutacji genów i raka.

Ale czy korzystanie z wiatru, słońca i wody jest aż tak nieszkodliwe?

Nauczyciel: Chociaż istnieje wiele zalet, istnieją wady. Zależność farm wiatrowych od pogody powoduje zanieczyszczenie hałasem. Zwierzęta odchodzą, co zaburza równowagę ekologiczną na tym obszarze. Osoba czuje się przygnębiona. A przy tym wszystkim moc takich stacji jest niewielka. W Niemczech parki wiatrowe powstały na południowym wybrzeżu Półwyspu Jutlandzkiego oraz w pobliżu wsi Kulikowo w obwodzie kaliningradzkim. Energia geotermalna jest wykorzystywana na Islandii i na Kamczatce... Jednak nigdzie nie pompuje się gorącej wody, prowadzi to do zanieczyszczenia gleby i szkód dla środowiska. Elektrowni słonecznych wciąż jest bardzo mało. Są to instalacje fotowoltaiczne, które wychwytują i przetwarzają energię słoneczną. Zależy to jednak od warunków klimatycznych i jest bardzo kosztowne. Ten rodzaj energii wykorzystuje się w Brazylii i Kalifornii na dachach wieżowców.

Czy można w jakiś sposób zmienić tę sytuację?

Nauczyciel: Najważniejszą rzeczą jest nauczenie się oszczędzania energii. Oszczędzanie energii elektrycznej w naszych mieszkaniach to podstawa i izolowanie okien, aby zapewnić większe zatrzymanie ciepła. Efektywne wykorzystanie zasobów energii, przestrzeganie wymogów ochrony środowiska tak, aby nie została zakłócona równowaga ekologiczna w przyrodzie oraz ograniczenie zużycia zasobów. Zainstaluj środki regulujące zużycie energii (przełączniki i przełączniki).

V. Utrwalanie nowej wiedzy i umiejętności uczniów (odbicie).

1. Pierwsza grupa układa zasady bezpieczeństwa z wykorzystaniem partykuły NIE, druga grupa opracowuje, w oparciu o zasady bezpieczeństwa z grupy 1, bez użycia partykuły NIE, czyli wyjaśnia, co zrobić w danej sytuacji.

2. Rozwiąż krzyżówkę na temat „Urządzenia elektryczne”

1) Elektryczne urządzenie kuchenne do użytku domowego.

2) Elektryczne urządzenie gospodarstwa domowego do mycia podłóg

3) Elektryczne urządzenie gospodarstwa domowego służące do sprzątania pomieszczeń

4) Urządzenie elektryczne

5) Termiczne urządzenie elektryczne

6) Elektryczne urządzenie gospodarstwa domowego używane do ogrzewania pomieszczeń

7) Elektryczne urządzenie gospodarstwa domowego

8) Elektryczne urządzenie kuchenne do wyciskania soku

9) Zewnętrzna powłoka urządzenia elektrycznego

10) Część łącząca elektryczne urządzenie grzewcze z przewodem

11) Urządzenie automatycznie utrzymujące temperaturę

12) Część termostatu związana z fryzurą

13).Ważny element lodówki

14) Piekarnik z ogrzewaniem na podczerwień

VI. Podsumowanie lekcji.

VII. Zadanie domowe: Oblicz zużycie energii elektrycznej w swoim domu na tydzień.

WYKAZ WYKORZYSTANYCH ŹRÓDEŁ

1) http://boltishki.grodno.unibel.by/main.aspx?uid=872

2) Bushuev V.V. Troicki A.A. Efektywność energetyczna i gospodarka Rosji.// Energia: technologia, ekonomia, ekologia. 2004. Nr 5.

3) Lisienko V.G. Szczelokow Ya.M. Czytelnik na temat oszczędzania energii. Publikacja referencyjna. W 2 książkach - M.: „Teploenergetik”, 2002. - 688 s.

Lekcja zintegrowana (chemia - fizyka) Energia paliwowa. Ciepło spalania paliwa. Cel lekcji: Zbadanie wykorzystania energii wewnętrznej paliwa. Pytania badawcze dotyczące wydzielania ciepła podczas spalania paliwa. Wyprowadź wzór na obliczenie ilości ciepła wydzielanego podczas spalania paliwa. Rozważ kwestie środowiskowe związane z procesem spalania.

Etapy lekcji: 1-powtórzenie Chłopaki pamiętają pytania dotyczące rodzajów energii. (potencjalny i kinetyczny, wewnętrzny) 2-wyjaśnienie nowego materiału (nauka nowego materiału odbywa się w formie pytań i odpowiedzi podczas rozmowy. Jednocześnie uczniowie sporządzają notatkę wprowadzającą i wykonują pracę praktyczną) 3-zakończenie i praca domowa

Technologie pedagogiczne stosowane na zajęciach. Technologia informacyjna: -wykorzystywana przy wyjaśnianiu materiału w formie obejrzenia filmu „Pochodzenie życia na ziemi” Technologia oszczędzająca zdrowie: -wykorzystywana w chwilach relaksu podczas czytania wiersza i oglądania płonącej świecy -poprawia nastrój emocjonalny Technologia komunikacyjna

„ENERGIA I EKOLOGIA”

Lekcja pracy w grupach typu basic-crossover

Wykorzystuję swoją wiedzę

i doceniam ich znaczenie.

Wnoszę swoje zrozumienie

I czuję się włączony.

Na podstawie chińskiego przysłowia

Cel. Podsumować i usystematyzować wiedzę studentów na temat różnych typów elektrowni, zasady ich działania, przemian energetycznych; nadal rozwijać umiejętność analizowania, porównywania, wyciągania samodzielnych wniosków i pracy z literaturą naukową; kultywowanie myślenia ekonomicznego i ekologicznego, umiejętności pracy w zespole, tolerancji i chęci poszerzania wiedzy.

Typ lekcji. Lekcja uogólniania i systematyzacji wiedzy.

Sprzęt. Magnetofon, czajnik elektryczny, plakaty ze schematycznymi wizerunkami różnych typów elektrowni, tablice charakterystyki porównawczej różnych typów elektrowni, kolorowe pisaki, materiały dydaktyczne z informacjami o konkretnym typie elektrowni, atlasy „Ekonomiczne i społeczne geografia świata” – ponumerowane kolorowe karty.

Rady metodyczne. Zajęcia, które uczą dzieci formułowania i wyrażania swoich myśli, słuchania innych i podejmowania decyzji w oparciu o racjonalne myślenie, pomagają uczyć myślenia demokratycznego. Badania sugerują, że wprowadzenie metod pracy grupowej skutecznie zapobiega utracie zaangażowania wśród uczniów. Wskazane jest, aby na poprzedniej lekcji podzielić się na grupy i dać każdej grupie zadanie domowe polegające na znalezieniu i przetworzeniu materiałów na temat określonego typu elektrowni. Na zajęciach powinna dominować aktywność uczniów, którzy powinni pracować z instrumentami, podręcznikami i diagramami, ponieważ właśnie tego rodzaju aktywność wiąże się z aktywnym myśleniem.

Stosując nowe metody nauczania obok tradycyjnych, możemy pomóc uczniom rozwijać myślenie, ucząc ich szanowania praw innych i wspólnej pracy na rzecz osiągnięcia wspólnego celu. „Wiedza jest wiedzą tylko wtedy, gdy jest zdobywana wysiłkiem umysłu, a nie pamięci” (L. Tołstoj).

Lekcja polega na wykorzystaniu aktywnych metod uczenia się, w szczególności metody pracy w grupach podstawowych i krzyżowych oraz metody „drzewa decyzyjnego”.

Podstawowa metoda grup krzyżowych. Prowadzący dzieli je na podstawowe grupy, w których uczniowie pracują nad danym rodzajem materiału (każda grupa jest inna). Następnie nauczyciel tworzy nowe grupy przekrojowe, tak aby w ich skład wchodzili przedstawiciele każdej poprzedniej grupy podstawowej. W tych grupach uczniowie uczą się nawzajem, przekazując wiedzę zdobytą w grupach podstawowych.

Podział na grupy można dokonać na różne sposoby. Na przykład rozdaj uczniom karty w różnych kolorach, na których wypisane są cyfry 1, 2, 3, 4, 5, 6. Grupy podstawowe tworzą kolory kart, grupy krzyżowe - liczby. Możesz zapisać symbole A1, A2, A3, A4, A5, A6, B1, B2,... itd. na małych kartkach papieru. do E6. Grupy podstawowe tworzą litery, grupy krzyżowe - cyfry. Liczba członków grupy nie powinna przekraczać 6 osób.

Metoda drzewa decyzyjnego. Każda grupa otrzymuje wielkoformatowe tabele z narysowanym „drzewkiem rozwiązań” rozpatrywanego problemu) oraz pisaki do wypełnienia. Podczas pracy członkowie grupy spisują wady i zalety każdej opcji, a następnie decydują, jak rozwiązać problem. Po zakończeniu pracy przedstawiciele każdej grupy składają sprawozdanie z wyników pracy swoich grup.

Podczas zajęć

I. Aktualizowanie podstawowej wiedzy uczniów

(W klasie cicho gra muzyka, na stole demonstracyjnym stoi czajnik elektryczny z podgrzewaną wodą, nad tablicą pali się lampa, stoły uczniów są ustawione do pracy w grupach.)

Nauczyciel. Kochani, dzisiaj zaczniemy naszą lekcję nietypowo. Najpierw napijemy się herbaty, a potem będziemy pracować. Nasz asystent laboratoryjny już dawno włączył czajnik elektryczny i woda zaraz się zagotuje. (Nagle gaśnie światło, cichnie muzyka, wyłącza się czajnik. Asystent podchodzi do nauczyciela i cicho coś do niego mówi.)

Nauczyciel. Co się stało?

Studenci. W sieci nie ma prądu.

Nauczyciel. Szkoda... Nie będziemy teraz mogli napić się herbaty. Powiedz mi proszę, skąd bierze się prąd w sieci elektrycznej naszej klasy, naszych mieszkań?

Studenci. Produkowany w elektrowniach.

Nauczyciel. Prawidłowy. Jakie znasz elektrownie?

Studenci. Elektrownie wodne, elektrownie cieplne, elektrownie jądrowe, alternatywne (słoneczne, wiatrowe, pływowe, geotermalne, biogazowe).

(Kiedy uczniowie wymieniają konkretny typ elektrowni, nauczyciel lub asystent rozwiesza na tablicy plakaty ze schematem tego typu elektrowni.)

II. Motywacja do zajęć edukacyjnych

Nauczyciel. Energia jest podstawą życia społeczeństwa ludzkiego, a jej postępujący rozwój wiąże się z bezpośrednim wzrostem zużycia energii. Zużycie to wzrosło w XX wieku. ponad 100 razy, przy czym spalono wielokrotnie więcej paliwa organicznego niż we wszystkich poprzednich okresach. Jakie perspektywy czekają na nas w XXI wieku?

Ludzkość jest coraz bardziej świadoma swojej odpowiedzialności za ochronę środowiska i czystość naszej planety. Postęp naukowy i technologiczny, wzrost komfortu życia i związany z tym wzrost zużycia energii to rzeczy obiektywne. Nie oznacza to jednak, że należy je osiągnąć za wszelką cenę. Używanie wyłącznie tradycyjnych źródeł energii (ropa, gaz, paliwo nuklearne) niszczy i zanieczyszcza ziemię, zasoby wodne i powietrze. Jednocześnie ponad 1 kW na metr kwadratowy stale zapewnia nam w ciągu dnia światło z niewyczerpanego, nienagannego ekologicznie i publicznie dostępnego źródła naturalnego - Słońca. Postęp technologii umożliwia już wykorzystanie go do wytwarzania energii elektrycznej, której koszt zbliża się do tradycyjnych. W wielu krajach intensywnie rozwija się także energetyka wiatrowa i energia biomasy, które są pokrewne energii słonecznej. Dziś niewątpliwie głównym problemem gospodarczym świata jest kryzys energetyczny. Rozwój społeczno-gospodarczy każdego kraju, w szczególności Ukrainy, zależy od stanu jego sektora energetycznego.

Istnieją zatem metody wytwarzania energii elektrycznej z paliw organicznych i jądrowych (węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny, uran) oraz wykorzystania odnawialnych źródeł energii (hydraulicznych, słonecznych, wiatrowych, pływowych, geotermalnych i innych). Który z nich powinieneś preferować? Temat naszej lekcji to „Energia i ekologia”.

III. Generalizacja i systematyzacja wiedzy

Na tym etapie lekcji będziemy pracować w ten sposób. W ubiegłym roku utworzyliśmy grupy, z których każda otrzymała zadanie domowe: przygotować raport na temat określonego typu elektrowni. Proszę zatem, abyście teraz zasiedli w grupach przy stołach (na stołach znajdują się znaki w różnych kolorach). Do wiadomości przygotowanych w domu otrzymasz dodatkowe informacje (patrz załącznik). Twoim zadaniem jest przetworzenie tego materiału, omówienie go i udzielenie odpowiedzi na pytania (pytania zapisuje się na tablicy lub w formie plakatu).

1. Jaka jest zasada działania elektrowni?

2. Jakie przemiany energetyczne zachodzą w tym ES?

3. Wpływ tego narażenia na środowisko?

4. W jakich miejscach zlokalizowane są głównie elektrownie tego typu?

Na wykonanie tej pracy przeznaczono 8 minut.

(Podczas pracy uczniów nauczyciel monitoruje ich pracę i w razie potrzeby służy pomocą.)

Nauczyciel (za 8 minut). Proszę zakończyć dyskusję. Dalsze prace wykonujemy w następujący sposób. Twoje kolorowe karty mają zapisane różne liczby. Poproszę więc uczniów, aby spojrzeli, jaki numer jest zapisany na kartce, i usiedli przy stole z odpowiadającą mu liczbą.

Teraz musicie sobie nawzajem opowiedzieć o typie ES, którego nauczyliście się w poprzedniej grupie. Następnie wypełnij otrzymaną tabelę i podejmij decyzję: która stacja jest najbardziej ekonomiczna i przyjazna środowisku? Na wykonanie tego zadania masz 15 minut.

(Po 15 minutach grupy umieszczają na tablicy swoje tabele z rozwiązaniem przykrytym paskiem papieru.)

Nauczyciel. Proszę jednego z członków grupy o skomentowanie ich tabeli bez czytania rozwiązania.

(Grupy na zmianę prezentują tabele. Gdy wszystkie grupy zgłoszą się, nauczyciel odkrywa wszystkie rozwiązania i je odczytuje. Na podstawie tych rozwiązań uczniowie dokonują uogólnień na temat tego, która elektrownia jest najbardziej ekonomiczna i przyjazna dla środowiska.)

Nauczyciel. W konsekwencji energia elektryczna jest konsekwencją rozwoju cywilizacyjnego. Daje nam możliwość oglądania programów telewizyjnych, słuchania radia i korzystania z wielu urządzeń. Ale powiedz mi, o czym zawsze powinniśmy pamiętać, korzystając z jakiegokolwiek osiągnięcia cywilizacji?

Studenci. O wpływie tych osiągnięć na środowisko.

Nauczyciel. Teraz chcę zaproponować ciekawy eksperyment. Przekonajmy się, który z Was jest w stanie zrezygnować z dobrodziejstw cywilizacji na rzecz ochrony środowiska. Proszę wszystkich, aby zamknęli oczy i podnieśli rękę, jeśli są na to gotowi. Dziękuję.

(Nauczyciel ocenia i komentuje pracę uczniów, ich umiejętność pracy z materiałem naukowym, analizowanie, wyciąganie wniosków, odnotowuje aktywną pracę na lekcji, ciekawe i znaczące przekazy. Zadaje pracę domową.)

Aplikacja

Elektrownia wodna (HPP)

Energetyka – dziedzina gospodarki wytwarzająca energię – jest istotna dla rozwoju gospodarki, nauki i kultury kraju. Obecnie znaczący udział w wytwarzaniu energii elektrycznej mają mechaniczne źródła energii – elektrownie wodne. Po raz pierwszy człowiek wykorzystał energię wody za pomocą koła wodnego. W nowoczesnej elektrowni wodnej woda uderza ze znaczną prędkością w łopatki turbiny. Woda przepływa przez siatkę ochronną i zawór regulacyjny stalowym rurociągiem do turbiny, nad którą zamontowany jest generator. Energia mechaniczna wody przekazywana jest poprzez turbinę do generatorów, w których następuje konwersja energii elektrycznej. Po zakończeniu prac (turbina obraca się) woda wpływa tunelem do rzeki i stopniowo się zwiększa.

Koszty budowy elektrowni wodnej są poważne, jednak rekompensowane są przez to, że nie płacą (przynajmniej jawnie) za źródło energii – wodę. Moc nowoczesnych elektrowni wodnych przekracza 100 MW, a sprawność sięga 95%. Taką moc osiąga się przy niskich prędkościach obrotowych wirnika, dlatego nowoczesne turbiny hydrauliczne uderzają swoimi rozmiarami. Turbina jest maszyną bardzo korzystną energetycznie, ponieważ woda łatwo i łatwo zmienia ruch translacyjny na ruch obrotowy.

Budowa tamy na rzece umożliwia wytworzenie znacznej różnicy w dolnym i wyższym poziomie wody z elektrowni wodnej wzdłuż rzeki, czyli pomiędzy górnym i dolnym basenem. Czasami różnica poziomów sięga ponad 100 m. Woda górna opada ze znacznej wysokości na łopatki turbiny hydraulicznej, obraca ją, a wraz z nią obraca generator prądu, który jest podłączony do turbiny. Moc każdej elektrowni wodnej zależy od różnicy poziomów wody pomiędzy górnym i dolnym basenem i tak dalej! liczba metrów sześciennych wody przechodzącej przez łopatki turbin stacji w ciągu 1 sekundy: im większa, tym mocniejsza elektrownia wodna.

Jedną z zasad wytwarzania energii wodnej jest maksymalne wykorzystanie energii wodnej rzecznej. Zgodnie z tą zasadą na rzekach nie buduje się pojedynczych elektrowni wodnych, lecz kaskady takich elektrowni i zbiorników, które regulują roczny przepływ wody. Przepływ większości rzek jest nierówny przez cały rok. I tak w Dnieprze podczas wiosennej powodzi, czyli przez około miesiąc, połowa wszystkich zapasów wody rzeki spłynęła do morza, w miesiącach letnich poziom wody gwałtownie spadł. W efekcie latem elektrownia wodna pracowała z połową mocy. Utworzenie dużego zbiornika w pobliżu elektrowni wodnej radykalnie zmieniło sytuację. Teraz źródlane wody Dniepru nie spływają już bezużytecznie do morza, lecz są magazynowane w zbiorniku, a następnie systematycznie przez cały rok wykorzystywane przez elektrownie wodne. Pozwoliło to nie tylko zwiększyć produkcję energii elektrycznej, ale także odciążyć szczytowe obciążenia systemu energetycznego obszaru, na którym zlokalizowana jest elektrownia wodna. Nowoczesne elektrownie wodne budowane są w taki sposób, aby można je było wykorzystać do kompleksowego rozwiązywania problemów wytwarzania energii elektrycznej, nawadniania gruntów, zaopatrzenia w wodę i tym podobnych.

Należy pamiętać, że elektrownie wodne mają co najmniej dwie zalety w porównaniu z elektrowniami cieplnymi i elektrowniami jądrowymi:

1. brak kosztów paliwa w trakcie eksploatacji, w wyniku czego ich energia elektryczna jest 4-8 razy tańsza od energii elektrycznej wytwarzanej w elektrowniach cieplnych i jądrowych;

2. Energia wodna rzek wykorzystywana w elektrowniach wodnych jest odtwarzana w sposób naturalny, ale zasoby energii kopalnej nie są odtwarzane.

Technologie hydroenergetyczne mają wiele zalet, ale są też istotne wady. Na przykład niskie zasoby wody podczas suszy mogą poważnie wpłynąć na ilość wytwarzanej energii. Może to stanowić poważny problem, gdy energia wodna stanowi znaczną część koszyka energetycznego kraju; Budowa tam powoduje wiele problemów: przesiedlenia mieszkańców, zamulanie zbiorników, spory wodne między sąsiednimi krajami oraz znaczny koszt tych projektów. Budowa elektrowni wodnych na rzekach nizinnych prowadzi do zalania dużych obszarów. Znaczna część powierzchni utworzonych zbiorników jest płytka. Latem pod wpływem promieniowania słonecznego aktywnie rozwija się w nich roślinność wodna i następuje tzw. „kwitnienie” wody.

Tamy uniemożliwiają migrację ryb. Bogate elektrownie wodne kaskadowe zamieniają rzeki w szereg jezior, na których pojawiają się bagna. W tych rzekach giną ryby, a mikroklimat wokół nich ulega zmianie, jeszcze bardziej niszcząc naturalne ekosystemy.

Elektrociepłownia (TPP)

Energia ludzka od dawna ma na celu znalezienie środków ułatwiających wykonywanie pracy niezbędnej do jej istnienia. Wykorzystano do tego wszelkiego rodzaju narzędzia i mechanizmy, oswojono zwierzęta, ale dopiero silnik cieplny radykalnie rozszerzył możliwości człowieka i przyspieszył postęp techniczny.

Silnik cieplny to układ pozwalający na zamianę energii cieplnej na inne formy energii – mechaniczną, elektryczną.

W termicznym ES energia powstająca podczas spalania różnego rodzaju paliw - węgla, gazu, ropy, torfu, łupków bitumicznych za pomocą generatorów elektrycznych napędzanych turbinami parowymi i gazowymi lub silnikami spalinowymi, zamieniana jest na energię elektryczną . Większość nowoczesnych elektrowni cieplnych o dużej mocy to turbiny parowe. W turbinie parowej podgrzana (do 500-560°C) i sprężona (do 2,4·107 Pa) para opuszcza dyszę i rozszerza się. Objętość pary wzrasta, a ciśnienie odpowiednio spada, a energia potencjalna sprężonej pary zamienia się w energię kinetyczną. Para opuszcza dyszę ze znaczną prędkością, uderza w łopatki zamontowanej na wale tarczy turbiny i szybko je obraca, a energia kinetyczna pary przekazywana jest na wirnik turbiny. Wał turbiny jest sztywno połączony z wałem generatora elektrycznego, dzięki czemu turbina obraca wirnik generatora, w wyniku czego wytwarzana jest energia elektryczna.

Większość energii paliwa jest tracona wraz z gorącą parą (odpadową). Ta gorąca mieszanina pary i wody, wydobywająca się z turbin, wykorzystywana jest do ogrzewania obiektów mieszkalnych i potrzeb przemysłowych, co zwiększa sprawność elektrociepłowni (CHP). Należy zaznaczyć, że w elektrowniach cieplnych efektywnie wykorzystuje się 80% energii spalania paliw.

Podczas spalania paliwa w silnikach cieplnych wydzielają się szkodliwe substancje: tlenek węgla (IV), związki azotu, związki ołowiu, a także do atmosfery uwalniana jest znaczna ilość ciepła. Ponadto zastosowanie turbin parowych w elektrowniach cieplnych wymaga przeznaczenia dużych powierzchni na stawy, w których schładzana jest para odlotowa. Co roku na świecie spala się 5 miliardów ton węgla i 13,2 miliarda ton ropy, czemu towarzyszy emisja do atmosfery 2·1010 J ciepła. Zasoby paliw organicznych na Ziemi rozkładają się niezwykle nierównomiernie i przy obecnym tempie zużycia węgiel wystarczy na 150-200 lat, ropa na 40-50 lat, a gaz na około 60 lat. Całemu cyklowi prac związanych z wydobyciem, transportem i spalaniem paliw organicznych (głównie węgla) oraz powstawaniem odpadów towarzyszy wydzielanie się znacznych ilości zanieczyszczeń chemicznych. Wydobycie węgla wiąże się ze znacznym zasoleniem zbiorników wodnych, do których odprowadzane są wody z kopalń. Ponadto pompowana woda zawiera izotopy radu i radonu. Elektrociepłownia, choć posiada nowoczesne systemy oczyszczania produktów spalania węgla, emituje do atmosfery według różnych szacunków rocznie od 10 do 120 tys. ton tlenków siarki, 2-20 tys. ton tlenków azotu. Ponadto powstaje ponad 300 tysięcy ton popiołu, który zawiera około 400 ton toksycznych metali (arsen, kadm, ołów).

Można zauważyć, że elektrownie cieplne opalane węglem emitują do atmosfery więcej substancji radioaktywnych niż elektrownie jądrowe tej samej mocy. Dzieje się tak na skutek uwalniania różnych pierwiastków promieniotwórczych zawartych w węglu w postaci wtrąceń (rad, tor, polon itp.). Aby określić ilościowo wpływ promieniowania, wprowadzono pojęcie „dawki zbiorczej”, czyli iloczynu wartości dawki przez liczbę ludności narażoną na promieniowanie (wyrażaną w man-siwertach). Okazało się, że na początku lat 90. ubiegłego wieku roczna zbiorcza dawka promieniowania dla ludności Ukrainy w wyniku energii cieplnej wyniosła 767 gwiazdek. a dzięki energii jądrowej - 188 gwiazd.

Obecnie do atmosfery emitowanych jest rocznie 20-30 miliardów ton tlenku węgla. Prognozy wskazują, że jeśli tempo to utrzyma się w przyszłości, do połowy stulecia średnia temperatura na Ziemi może wzrosnąć o kilka stopni, co doprowadzi do nieprzewidzianych globalnych zmian klimatycznych.

Porównując wpływ na środowisko różnych źródeł energii, należy wziąć pod uwagę ich wpływ na zdrowie człowieka. Wysokie ryzyko dla pracowników podczas korzystania z węgla wiąże się z jego wydobyciem w kopalniach, transportem i wpływem na środowisko produktów jego spalania. Dwie ostatnie przyczyny dotyczą ropy i gazu i wpływają na całą populację. Ustalono, że globalny wpływ emisji ze spalania węgla i ropy na zdrowie człowieka jest w przybliżeniu taki sam, jak awaria taka jak w Czarnobylu, która powtarza się raz w roku. To „cichy Czarnobyl”, którego konsekwencje są bezpośrednio niewidoczne, ale stale wpływają na środowisko. Stężenie toksycznych zanieczyszczeń w odpadach chemicznych jest stabilne i ostatecznie wszystkie trafią do ekosfery.

Elektrownia jądrowa (NPP)

Podstawą energii jądrowej są elektrownie jądrowe, które przekształcają energię jądrową w energię elektryczną. Elektrownie jądrowe wykorzystują ciepło powstające w reaktorze jądrowym w wyniku reakcji łańcuchowej rozszczepienia jąder pierwiastków ciężkich, głównie 235U, 238U, 239Pb. Następnie, podobnie jak w konwencjonalnych elektrowniach cieplnych, energia cieplna zamieniana jest na energię elektryczną. Końcowe rozszczepienie 1 g izotopu uranu lub plutonu uwalnia około 22,5 MWh. energii, co odpowiada energii 2,8 tony standardowego paliwa.

Zasada działania elektrowni jądrowej jest następująca: reaktor jądrowy, chroniony betonem, zawiera cylindry (pręty) zawierające w środku uran. Bloki prętów uranowych znajdują się w wodzie, która jest zarówno moderatorem, jak i chłodziwem. Woda znajduje się pod wysokim ciśnieniem i dlatego może zostać podgrzana do bardzo wysokich temperatur (około 300°C). Ta gorąca woda ze szczytu rdzenia reaktora jest kierowana rurociągiem do generatora pary (który jest również wypełniony wodą, która odparowuje), schładzana i zawracana rurociągiem do reaktora. Para nasycona z generatora pary wchodzi rurociągiem do turbiny parowej, a po wyczerpaniu jest zawracana innym rurociągiem. Turbina obraca generator elektryczny, z którego prąd przepływa do rozdzielnicy, a następnie do zewnętrznego obwodu elektrycznego. Przebieg reakcji łańcuchowej regulują pręty wykonane z substancji dobrze pochłaniających neutrony.

Od uruchomienia pierwszej elektrowni jądrowej minęło ponad 45 lat. W tym czasie nastąpiły poważne zmiany w technologii elektrowni jądrowych: moc reaktorów jądrowych gwałtownie wzrosła, a wskaźniki techniczne i ekonomiczne elektrowni jądrowych wzrosły. Obecnie w przypadku obszarów odległych od zasobów paliwa chemicznego koszt wynosi 1 kWh. dla elektrowni jądrowych jest mniejsza niż dla elektrowni cieplnych. Dlatego też, pomimo nieco wyższych kosztów wyposażenia elektrowni jądrowych, ich ogólne wyniki ekonomiczne w tych warunkach są lepsze niż w przypadku elektrowni cieplnych. Zasoby paliwa jądrowego w ekwiwalencie energetycznym są setki razy większe niż paliwa organicznego. Elektrownie jądrowe praktycznie nie emitują do atmosfery zanieczyszczeń chemicznych. Jeżeli przez ich normalną pracę rozumieć taki tryb pracy, w którym dodatkowa dawka promieniowania ze stacji nie przekracza wartości naturalnych wahań tła, to z reguły warunek ten jest spełniony. Ogólnie rzecz biorąc, rzeczywisty wpływ promieniowania elektrowni jądrowych na środowisko naturalne jest znacznie (10-krotnie i więcej) mniejszy niż dopuszczalny. Jeśli weźmiemy pod uwagę wpływ środowiskowy różnych źródeł energii na zdrowie człowieka, to wśród nieodnawialnych źródeł energii ryzyko ze strony normalnie pracujących elektrowni jądrowych jest minimalne, zarówno dla pracowników, których działalność związana jest z różnymi etapami cyklu paliwowego jądrowego i dla ludności. Globalny udział promieniowania energii jądrowej na wszystkich etapach cyklu paliwowego wynosi obecnie około 0,1% tła naturalnego i nawet przy jej intensywnym rozwoju w przyszłości nie przekroczy 1%.

Wydobywanie i przetwarzanie rud uranu wiąże się również z niekorzystnym wpływem na środowisko. Jednak głównym problemem pozostaje utylizacja odpadów wysokoaktywnych. Objętość szczególnie niebezpiecznych odpadów promieniotwórczych stanowi około stu tysięcznych całkowitej ilości odpadów, w tym wysoce toksycznych pierwiastków chemicznych i ich trwałych związków. Trwają prace nad metodami ich zagęszczania, niezawodnego wiązania i umieszczania w stabilnych formacjach geologicznych, gdzie – zdaniem ekspertów – można je przechowywać przez tysiące lat.

Poważną wadą energii jądrowej jest radioaktywność stosowanego paliwa i produktów jego rozszczepienia. Wymaga to stworzenia ochrony przed różnymi rodzajami promieniowania radioaktywnego, co znacząco podnosi koszt energii wytwarzanej w elektrowniach jądrowych. Ponadto kolejną wadą elektrowni jądrowych jest termiczne zanieczyszczenie wody, czyli jej podgrzewanie.

Co ciekawe, według grupy lekarzy angielskich, osoby, które pracowały w latach 1946-1988. pracownicy brytyjskiego przemysłu nuklearnego żyją średnio dłużej i mają znacznie niższy współczynnik umieralności ze wszystkich przyczyn, w tym z powodu raka. Jeśli weźmiemy pod uwagę rzeczywisty poziom promieniowania i stężenie substancji chemicznych w atmosferze, można stwierdzić, że wpływ tych ostatnich na florę jako całość jest dość znaczący w porównaniu z wpływem promieniowania.

Z przedstawionych danych wynika, że ​​w czasie normalnej pracy elektrowni oddziaływanie energii jądrowej na środowisko jest kilkudziesięciokrotnie mniejsze niż energii cieplnej.

Tragedia w Czarnobylu pozostaje dla Ukrainy nieodwracalną katastrofą. Dotyczy to jednak bardziej systemu społecznego, który go zrodził, niż energii jądrowej.

Elektrownie alternatywne

Rosnące wykorzystanie energii elektrycznej i pogłębienie się problemów środowiskowych znacznie zintensyfikowały poszukiwania przyjaznych dla środowiska metod wytwarzania energii elektrycznej. Intensywnie rozwijane są metody wykorzystania energii odnawialnej paliw – słonecznej, wiatrowej, geotermalnej, energii fal, energii pływów, energii biogazu i tym podobnych. Źródła tego rodzaju energii są niewyczerpane, trzeba jednak rozsądnie ocenić, czy są w stanie zaspokoić wszystkie potrzeby ludzkości.

Elektrownie wiatrowe (WPP)

Według różnych autorów całkowity potencjał energii wiatrowej Ziemi wynosi 1200 TW, jednak możliwości wykorzystania tego rodzaju energii w różnych regionach Ziemi nie są takie same. Najnowsze badania mają na celu głównie pozyskiwanie energii elektrycznej z energii wiatru. Farmy wiatrowe budowane są głównie na prąd stały. Koło wiatrowe napędza dynamo – generator prądu elektrycznego, który jednocześnie ładuje równolegle połączone akumulatory.

Obecnie elektrownie wiatrowo-elektryczne niezawodnie zaopatrują pracowników naftowych w energię elektryczną; z powodzeniem pracują w trudno dostępnych obszarach, na odległych wyspach, w Arktyce, w tysiącach gospodarstw rolnych, gdzie w pobliżu nie ma dużych osiedli ani elektrowni. Powszechne stosowanie jednostek wiatrowo-elektrycznych w normalnych warunkach jest nadal utrudniane przez ich wysoki koszt. Podczas korzystania z wiatru pojawia się poważny problem:

nadmiar energii przy wietrznej pogodzie i jej brak w spokojnych okresach. Wykorzystanie energii wiatru komplikuje fakt, że wiatr ma małą gęstość energii, zmienia się także jego siła i kierunek. Turbiny wiatrowe są zwykle stosowane w miejscach, w których występują dobre warunki wietrzne. Aby stworzyć turbiny wiatrowe dużej mocy, konieczne jest, aby turbina wiatrowa była duża, ponadto śmigło musi być podniesione na odpowiednią wysokość, ponieważ na większych wysokościach wiatr jest stabilniejszy i ma większą prędkość. Tylko jedna elektrownia zasilana paliwami kopalnymi jest w stanie zastąpić (pod względem ilości wyprodukowanej energii) tysiące turbin wiatrowych.Na Ukrainie najlepsze warunki do budowy farm wiatrowych są na Krymie.

Energia przypływów i odpływów

Od wieków ludzie spekulowali na temat przyczyn przypływów morskich. Dziś wiemy już na pewno, że potężne zjawisko naturalne – rytmiczny ruch wód morskich, spowodowane jest siłami grawitacyjnymi Księżyca i Słońca. Energia pływów jest ogromna, jej całkowita moc na Ziemi wynosi około 1 miliarda kW, czyli więcej niż łączna moc wszystkich rzek świata.

Zasada działania elektrowni pływowych jest bardzo prosta. Podczas przypływu woda obraca wirnik turbiny hydraulicznej i wypełnia zbiornik, a po odpływie opuszcza zbiornik do oceanu, ponownie obracając wirnik turbiny. Najważniejsze jest znalezienie dogodnego miejsca do zainstalowania tamy, gdzie wysokość przypływu byłaby znacząca. Budowa i eksploatacja elektrowni morskich to złożone zadanie. Woda morska powoduje korozję większości metali, a części instalacji porastają glony. Na Ukrainie nie ma warunków do wykorzystania energii pływów.

Energia słońca

Strumień ciepła promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi jest bardzo duży. Jest ponad tysiąckrotnie większa od całkowitego zużycia wszystkich rodzajów surowców paliwowo-energetycznych na świecie.

Do zalet energii słonecznej należy wyjątkowa przyjazność dla środowiska. Energia słoneczna dociera do całej powierzchni Ziemi, na jej brak cierpią jedynie polarne regiony planety. Oznacza to, że prawie na całym świecie tylko chmury i noc uniemożliwiają jego ciągłe używanie. Ta powszechna dostępność sprawia, że ​​tego rodzaju energii nie można zmonopolizować, w przeciwieństwie do ropy i gazu. Oczywiście koszt wynosi 1 kWh. energia słoneczna jest znacznie wyższa niż ta uzyskiwana metodą tradycyjną. Tylko jedna piąta światła słonecznego zamieniana jest na prąd elektryczny, ale udział ten rośnie dzięki wysiłkom naukowców i inżynierów.

Ponieważ energia promieniowania słonecznego jest rozprowadzana na dużym obszarze (innymi słowy ma małą gęstość), każda instalacja do bezpośredniego wykorzystania energii słonecznej musi posiadać urządzenie zbierające o wystarczającej powierzchni. Najprostszym urządzeniem tego typu jest kolektor płaski – czarna płyta dobrze izolowana od dołu.

Jest pokryty szkłem lub tworzywem sztucznym, które przepuszcza światło, ale nie przepuszcza promieniowania podczerwonego. W przestrzeni pomiędzy piecem a szybą najczęściej umieszcza się czarne rurki, którymi przepływa woda, olej, powietrze, tlenek siarki (IV) i tym podobne. Promienie słoneczne przenikające przez szkło lub plastik do kolektora są pochłaniane przez czarne rurki i piec i podgrzewają substancję roboczą w rurkach. Promieniowanie cieplne nie może uciec z kolektora, dlatego temperatura w nim panująca jest znacznie wyższa (200-3000C) od temperatury otoczenia. Tutaj objawia się tzw. efekt cieplarniany. Bardziej złożonym kolektorem, którego koszt jest znacznie wyższy, jest zwierciadło wklęsłe, które skupia padające promieniowanie w małej objętości wokół pewnego punktu geometrycznego - ogniska. Dzięki specjalnym mechanizmom kolektory tego typu są stale zwrócone w stronę Słońca. Dzięki temu możliwe jest zebranie znacznej ilości światła słonecznego. Temperatura w przestrzeni roboczej kolektorów lustrzanych sięga 3000°C i więcej. Istnieją elektrownie nieco innego typu. Zdaniem ekspertów najatrakcyjniejszym pomysłem na konwersję energii słonecznej jest wykorzystanie efektu fotoelektrycznego w półprzewodnikach. Jednak powierzchnia paneli słonecznych, aby zapewnić wystarczającą moc, musi być dość duża (wytwarzanie 500 MW dziennie wymaga powierzchni 500 000 m2), co jest dość drogie. Energia słoneczna jest jednym z najbardziej materiałochłonnych rodzajów produkcji energii. Wykorzystanie energii słonecznej na dużą skalę pociąga za sobą gigantyczny wzrost zapotrzebowania na materiały, a co za tym idzie, zasobów pracy przy wydobyciu surowców, pozyskiwaniu materiałów, produkcji heliostatów, kolektorów i innego sprzętu oraz ich transporcie. Sprawność elektrowni słonecznych na obszarach oddalonych od równika jest dość niska ze względu na niestabilne warunki atmosferyczne, stosunkowo słabe natężenie promieniowania słonecznego, a także jego wahania spowodowane naprzemiennością dnia i nocy.

Energia geotermalna

Energia geotermalna wykorzystuje wysokie temperatury skorupy ziemskiej do wytwarzania energii cieplnej. W niektórych miejscach na Ziemi, zwłaszcza na krawędziach płyt tektonicznych, ciepło wydostaje się na powierzchnię w postaci gorących źródeł – gejzerów i wulkanów. Na innych obszarach podwodne gorące źródła przepływają przez podziemne formacje, a ciepło to można wykorzystać poprzez systemy wymiany ciepła. Islandia jest przykładem kraju, w którym energia geotermalna jest szeroko wykorzystywana.

Biogaz. Biotechnologia

Obecnie opracowano technologie umożliwiające ekstrakcję gazów palnych z surowców biologicznych w wyniku reakcji chemicznej rozkładu związków wysokocząsteczkowych na niskocząsteczkowe pod wpływem działania specjalnych bakterii (które biorą udział w procesach reakcja bez dostępu tlenu z powietrza).

Schemat reakcji: biomasa + bakterie => gazy palne + inne gazy + nawozy.

Biomasa to odpady powstałe w produkcji rolnej (hodowla zwierząt, przemysł przetwórczy). Głównym surowcem do produkcji biogazu jest obornik dostarczany do stacji biogazu. Głównym produktem stacji biogazu jest mieszanina gazów palnych (90% mieszaniny stanowi metan). Mieszanka ta dostarczana jest do elektrowni.

Źródła odnawialne (z wyjątkiem energii wodnej, która spada) mają wspólną wadę: ich energia jest bardzo słabo skoncentrowana, co stwarza znaczne trudności w praktycznym wykorzystaniu. Koszt źródeł odnawialnych (nie licząc elektrowni wodnych) jest znacznie wyższy niż tradycyjnych. Zarówno energię słoneczną, jak i wiatrową oraz inne rodzaje energii można z powodzeniem wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej w zakresie mocy od kilku do kilkudziesięciu kilowatów. Jednak te rodzaje energii nie są obiecujące w zakresie tworzenia potężnych przemysłowych źródeł energii.

Lekcja - wykład (fizyka – klasa 11)

Temat lekcji: „CZŁOWIEK I ENERGIA”

Cel: rozważyć sposoby rozwiązania nieuniknionego światowego kryzysu energetycznego.

Zadania:

Podkreśl energię jako jeden z priorytetowych obszarów rozwoju gospodarczego, naukowego i technicznego Rosji w XXI wieku.

Rozważ alternatywne źródła energii jako możliwe opcje przezwyciężenia kryzysu energetycznego, identyfikując ich zalety i wady.

Zwróć uwagę na komponent środowiskowy każdego alternatywnego źródła energii.

Pytania do nauki:

Nieuchronność światowego kryzysu energetycznego.

Alternatywne źródła energii:

a) Energia słoneczna;

b) Energia wiatrowa;

c) Energia oceaniczna;

d) Energia geotermalna.

3. Co pomoże rozwiązać światowy kryzys energetyczny?

Podczas zajęć.

Moment organizacyjny.

Sformułowanie problemu:

Nauka nowego materiału :

Podsumowanie lekcji . Odbicie

Praca domowa

S. Studiowanie nowego materiału

Pierwsze pytanie badawcze:

Gdzie jest początek końca, na którym kończy się początek?

K. Prutkow

Już w 1996 roku premier Rosji zatwierdził priorytetowe kierunki rozwoju krajowej nauki i technologii oraz technologii krytycznych na szczeblu federalnym, ustalone przez rządową komisję ds. polityki naukowo-technologicznej. Należą do nich obszary i technologie uznawane za najbardziej obiecujące z punktu widzenia rozwoju gospodarczego, naukowego i technicznego Rosji w XXI wieku. i które państwo zobowiązuje się nadzorować i finansować. Lista priorytetów to:

• Podstawowe badania;

  Informatyka i elektronika;

  Technologie produkcyjne;

  Nowe materiały i produkty chemiczne;

  Technologie systemów żywych;

  Transport;

  Paliwo i energia;

  Ekologia i racjonalne wykorzystanie zasobów naturalnych.

Biorąc pod uwagę wagę poruszonej kwestii, proponuję mówić o jednym z wymienionych priorytetów – energii.

Powszechnie przyjmuje się, że głównym czynnikiem determinującym rozwój kultury materialnej jest tworzenie i wykorzystanie źródeł energii. Energia jest najważniejszym nośnikiem postępu technologicznego i poprawy standardów życia człowieka.

Według ONZ obecny średni poziom rocznego zużycia energii na osobę wynosi około 5 kW na osobę, obecny poziom w krajach najbardziej rozwiniętych to 14 kW.

Wytwarzanie, przekształcanie i oszczędzanie energii to podstawowe procesy badane w różnych dziedzinach nauki. Głównym wzorcem ustanowionym przez fizykę jest prawo zachowania energii. Na podstawie tego prawa przewiduje się światowy kryzys w produkcji energii. Nieuchronność światowego kryzysu energetycznego została obecnie w pełni uświadomiona i dlatego problem energetyczny dla nauki i technologii stał się problemem numer jeden. Obecnie jako główne surowce energetyczne wykorzystuje się paliwa organiczne: ropę naftową, gaz ziemny, węgiel, torf. Zasoby energii chemicznej zawarte w paliwach kopalnych gromadziły się przez długi okres istnienia Ziemi w wyniku procesów biologicznych. Dlatego też, w oparciu o prawo zachowania energii, ludzkość, jeśli nie znajdzie innych źródeł energii, stanie przed koniecznością ograniczenia jej zużycia. A to doprowadzi do obniżenia poziomu dobrobytu materialnego ludzkości.

Ledwo rozpoczęta era energetyki mineralnej najprawdopodobniej wkrótce się skończy. Istnieją co najmniej trzy powody potwierdzające tę prognozę:

Ilość minerałów jest ograniczona,

Ich stosowanie zanieczyszcza środowisko,

Ich rezerwy są niezastąpione.

Uważa się na przykład, że węgiel, ropa naftowa i gaz są nieodnawialnymi źródłami energii tylko o tyle, o ile obecne tempo ich wykorzystania jest miliony razy wyższe niż tempo powstawania.

Akademik A.E. Sheindlin wierzy, że „istnieją trzy sposoby rozwiązania globalnych problemów energetycznych przyszłości: znalezienie nowych źródeł energii, bardziej efektywne wykorzystanie istniejących i wreszcie racjonalne wykorzystanie wydobytej energii”.

W ostatnim czasie wszędzie rośnie uwaga na wykorzystanie odnawialnych źródeł energii: energii słonecznej, energii wiatru, mórz i oceanów, ciepła geotermalnego ze źródeł podziemnych, tj. głębokie ciepło Ziemi.

Ściśle rzecz biorąc, zasoby energii wodnej są również rodzajem odnawialnego źródła energii. Produkcja energii elektrycznej w elektrowniach wodnych jest w pełni rozwinięta i stanowi szeroko rozwinięty obszar energetyki wielkoskalowej. Jeśli spojrzymy na przepływ rzek całego globu w kategoriach energetycznych, otrzymamy ogromną liczbę pokazującą, że co roku moglibyśmy wykorzystać moc elektrowni wodnej wynoszącą 210,10 9 kW bez żadnych kosztów produkcji, a dla nieograniczona liczba lat.

Za ekonomicznie uzasadnione uważa się jednak wykorzystanie energii elektrycznej o mocy zaledwie 7,10 9 kW, tj. około 3,3% możliwej produkcji energii elektrycznej. Wynika to z faktu, że spiętrzanie rzek przy niewielkim wzroście wody zwykle nie jest uzasadnione ekonomicznie, zwłaszcza gdy żyzne tereny narażone są na powodzie, gdyż plony okazują się znacznie cenniejsze niż otrzymana energia.

Istnieje również czynnik negatywnego wpływu na środowisko - zasolenie i alkalizacja żyznych gleb.

Ponadto mało zbadaną konsekwencją budowy zapór wodnych jest zdaniem niektórych sejsmologów i geologów tzw. „sejsmiczność indukowana” na obszarze, na którym znajdują się potężne konstrukcje hydrauliczne i zbiorniki o dużej objętości. Wpływ samych zbiorników na lokalne warunki klimatyczne ma dwojaki charakter – efekt chłodzenia i ocieplenia. Dlatego konwersja energii wodnej na energię elektryczną, w porównaniu z innymi rodzajami odnawialnych źródeł energii, powoduje znaczące skutki dla środowiska. Dlatego zadanie budowy elektrowni wodnych sprowadza się do rozwiązywania za ich pomocą złożonych problemów: budowa elektrowni wodnych jest wskazana zarówno ze względu na wytwarzanie energii elektrycznej, jak i rozwój żeglugi rzecznej, rolnictwa i rybołówstwa, a także w pobliżu energochłonnych przedsiębiorstw, które mogłyby wykorzystywać tanią energię z elektrowni wodnych bez konieczności budowania w tym celu dodatkowych linii energetycznych.

Drugie pytanie badawcze:

Proponuję porozmawiać o rozwoju powyższych nowych, alternatywnych źródeł energii.

a) Energia słoneczna . „Patrząc na Słońce, zmruż oczy, a odważnie zobaczysz na nim plamy” K. Prutkov.

Całkowita energia słoneczna docierająca do powierzchni Ziemi wynosi około 2,2·10 21 J rocznie. Energia słoneczna stanowi „wieczne” i potencjalnie ogromne źródło energii, które nie wprowadza żadnych zanieczyszczeń do środowiska. Jednakże znane są również wady energii słonecznej.

Po pierwsze, promieniowanie słoneczne na powierzchni Ziemi jest źródłem energii o stosunkowo małej gęstości. Zatem na poziomie morza, na skutek absorpcji spowodowanej przez parę wodną, ​​ozon i dwutlenek węgla, strumień promieniowania słabnie do około 1000 W/m2. Okoliczność ta zmusza nas do gromadzenia energii słonecznej zazwyczaj z dość dużego obszaru. Przykładowo, aby wygenerować energię o mocy 100 MW, należy pobrać prąd z powierzchni 1 km2.

Po drugie, w danej lokalizacji promieniowanie słoneczne nie jest stałe w zależności od pory dnia i podlega wahaniom pod wpływem warunków atmosferycznych. Z tego powodu każda instalacja fotowoltaiczna musi posiadać albo magazyn energii, albo rezerwową instalację energetyczną wykorzystującą inne źródło energii. Wady te powodują wysokie koszty instalacji do pozyskiwania energii słonecznej.

Typowy system ogrzewania słonecznego składa się z kolektorów płaskich montowanych na dachu. Kolektor to czarna płyta, dobrze izolowana od dołu. Górna część płytki pokryta jest szkłem lub tworzywem sztucznym, które przepuszcza światło, ale nie przepuszcza promieniowania podczerwonego. W przestrzeni pomiędzy piecem a szybą umieszczone są rurociągi z czynnikiem chłodzącym (woda, olej, powietrze itp.). Promieniowanie słoneczne przenikające przez szkło lub plastik do kolektora jest pochłaniane przez rury i piec i podgrzewa płyn chłodzący.

Obecnie domy ogrzewane słońcem budowane są w wielu krajach - Japonii, Kanadzie, Niemczech, Francji, USA i innych. I tak w Stanach Zjednoczonych ogrzewanie i klimatyzacja wykorzystujące energię słoneczną produkowane jest w 35% budynków.

W celu podniesienia temperatury ogrzewanego obiektu instalacje fotowoltaiczne wyposaża się w koncentratory promieniowania słonecznego. Koncentrator to zespół luster, które zbierają (skupiają) promienie słoneczne. Na tej zasadzie opiera się działanie tzw. pieców solarnych. Największy na świecie piec solarny powstał we Francji, w Pirenejach, o mocy cieplnej 1 MW. Całkowita powierzchnia luster tego pieca wynosi około 2500 m2. w ognisku pieca osiągana jest temperatura około 3800 ° C, w której można topić i przetwarzać najbardziej ogniotrwałe substancje.

Główną przeszkodą w produkcji energii elektrycznej na dużą skalę z elektrowni słonecznych jest ich wysoki szacunkowy koszt, który wynika z konieczności posiadania dużej powierzchni odbiorników energii i ich dróg. I ciepło: koszt 1 kW mocy zainstalowanej wynosi obecnie 150-300 tysięcy rubli.

Półprzewodnikowe konwertery fotowoltaiczne (PVC) służą do bezpośredniej konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną. I tutaj osiągnięto pewne sukcesy w tworzeniu instalacji specjalnego przeznaczenia i małej mocy. FEP okazały się praktycznie niezastąpionym źródłem prądu elektrycznego w statkach kosmicznych. Półprzewodnikowe panele słoneczne zostały po raz pierwszy zainstalowane na trzecim radzieckim sztucznym satelicie Ziemi, wystrzelonym 15 maja 1958 roku. Łunochod-1, zasilany baterią słoneczną, działał na Księżycu przez ponad rok. Teraz panele słoneczne stały się powszechną częścią statków kosmicznych.

Zatem w małych instalacjach autonomicznych, gdzie koszt nie gra decydującej roli, wskazane jest wykorzystanie promieniowania słonecznego już teraz.

b) Energia wiatrowa . „Wiatr jest oddechem natury” K. Prutkov.

Energia wiatru jest efektem procesów termicznych zachodzących w atmosferze planety. Różnica gęstości ogrzanego i zimnego powietrza determinuje ruch mas powietrza. W konsekwencji pierwotną przyczyną energii wiatrowej jest energia promieniowania słonecznego, która uwalniana jest w jednej ze swoich form – energii prądów powietrza. Około 2% promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi jest przekształcane w energię wiatru.

Wiatr jest bardzo dużym odnawialnym źródłem energii. Jego energię można wykorzystać w niemal wszystkich obszarach Ziemi. Nie ulega wątpliwości, że ze względów ekonomicznych preferuje się wykorzystywanie elektrowni wiatrowych (WPP) w porównaniu z wszelkimi opcjami opartymi na wykorzystaniu paliw kopalnych. Całą energię wiatrową potencjalnie możliwą do realizacji nad powierzchnią Ziemi w ciągu roku szacuje się na 13,10 12 kWh. W praktyce realistyczne jest uwzględnienie 10–20% tej energii. Trudność polega jednak na bardzo dużym rozproszeniu energii wiatru i jego zmienności, tj. przy niskiej gęstości strumienia energii.

Energia wiatru, co jest bardzo interesujące, jest jednym z najstarszych źródeł energii. Wiek starożytnych turbin wiatrowych nie jest dokładnie ustalony. Uważa się jednak, że takie silniki pojawiły się w 1700 roku pne. Energia wiatru była szeroko wykorzystywana do napędzania młynów i urządzeń do podnoszenia wody w starożytnym Egipcie i na Bliskim Wschodzie. W Europie wiatraki pojawiły się na początku XII wieku. W Holandii w XVII w. Łączna moc wiatraków wynosiła 50-100 MW, co przy niewielkiej liczbie mieszkańców było liczbą imponującą: 50-100 kWh pracy mechanicznej na osobę rocznie.

Wiatraki pozostałyby ciekawostką historyczną, gdyby nie kryzys energetyczny lat 70-tych. W ostatnich latach, zarówno w Rosji, jak i za granicą, ponownie zwrócono większą uwagę na prace związane z energią wiatrową. Obecnie opracowano kilka projektów turbin wiatrowych. Typowa turbina powietrzna składa się z dwóch lub trzech wirników przypominających śmigło, o rozpiętości łopatek 18 m, zamontowanych na wysokiej metalowej wieży (lub betonowej wieży o wysokości 25 m). Wirnik ważący około 8 ton obraca się zwykle z prędkością 5-6 razy większą niż prędkość wiatru. Zainstalowany na wieży generator zamienia energię mechaniczną obrotu wirnika na prąd elektryczny.

Stosowanie turbin wiatrowych wiąże się jednak z kilkoma problemami:

Silnik należy zatrzymać, gdy wiatr osłabnie, a straty energii na skutek tarcia zaczną przekraczać ilość energii pobranej z wiatru;

Koło wiatrowe powinno rozwijać maksymalną moc przy każdym wietrze - od umiarkowanego do silnego;

Jeśli prędkość wiatru stanie się zbyt duża, turbina powietrzna wymaga automatycznego wyłączenia, aby uniknąć przeciążenia generatora;

Gdy zmienia się kierunek wiatru, turbina musi obracać się w taki sposób, aby jak najefektywniej ją wykorzystać.

Niemniej jednak, w kontekście gwałtownego wzrostu cen surowców paliwowych za granicą, farmy wiatrowe stają się coraz bardziej opłacalne. Według szacunków ekonomicznych przeprowadzonych na Uniwersytecie Massachusetts, już dziś w Stanach Zjednoczonych można spodziewać się takich samych kosztów energii wyprodukowanej w elektrowniach jądrowych i wiatrowych.

Do 1987 roku w ZSRR powstały eksperymentalne elektrownie wiatrowe o mocy do 5 MW. Pod wieloma wskaźnikami - niezawodnością, łatwością obsługi, wydajnością, wydajnością i możliwością transportu - przewyższają modele zagraniczne. Ale w wielu regionach Dalekiej Północy, europejskiej części Rosji, Północnego Uralu, Czukotki, regionu Magadanu itp. Te elektrownie wiatrowe z pewnością wydają się opłacalne. Już dziś autonomiczne instalacje o mocy zaledwie kilku, a nawet ułamków kilowata, znalazły szerokie praktyczne zastosowanie. Przeznaczone są głównie na potrzeby rolnictwa - nawadnianie, drenaż pionowy, zasilanie odbiorców autonomicznych. Wykorzystanie farm wiatrowych pomaga chronić środowisko przed zanieczyszczeniami, co jest bardzo ważne z ekologicznego punktu widzenia.

c) Energia oceanu.

Oceany świata zajmują 70,8% powierzchni Ziemi i pochłaniają około trzech czwartych energii słonecznej padającej na Ziemię. Energia oceanów to niewykorzystany magazyn zasobów energetycznych. Wśród instalacji wykorzystujących energię oceanów rozważa się obecnie elektrownie pływowe, elektrownie falowe i prądów morskich, w których energia mechaniczna oceanu zamieniana jest na energię elektryczną. Występowanie gradientu temperatury pomiędzy górną i dolną warstwą Oceanu Światowego wykorzystuje się w tak zwanych elektrowniach hydrotermalnych.

Elektrownie pływowe (PS) to nowy kierunek w produkcji energii elektrycznej. Wiadomo, że pływy morskie to okresowe wahania poziomu morza spowodowane siłami grawitacyjnymi, głównie Księżyca i, w mniejszym stopniu, Słońca. Kiedy Słońce, Księżyc i Ziemia znajdują się na tej samej linii, fala pływowa osiąga maksimum. A w przypadkach, gdy kąt Księżyc – Ziemia – Słońce wynosi 90°, fala pływowa jest minimalna. Średnia wysokość fal na większości wybrzeży jest niewielka i sięga zaledwie około 1 metra, ale w niektórych miejscach u wybrzeży wysokość przypływów może sięgać ponad 15 metrów. Na przykład w zatoce Penzhina na Morzu Ochockim wysokość fali pływowej wynosi 13 m, a na atlantyckim wybrzeżu Kanady (Zatoka Fundy) nawet 18 m.

W najprostszej wersji zasada działania PES sprowadza się do tego, że podczas przypływu woda napełnia zbiornik, a podczas odpływu wypływa z niego, obracając turbiny hydrauliczne. Jest to tak zwany schemat TES jednobasenowy. Dwubasenowy TPP jest nieco bardziej skomplikowany: wytwarza energię zarówno podczas przypływu, jak i podczas odpływu.

Łączną moc pływów wszystkich mórz i oceanów Ziemi szacuje się na 3,10 9 kW, co odpowiada potencjałowi energetycznemu niemal wszystkich rzek świata. To duża liczba. Jednak zdaniem naukowców perspektywa jakiejkolwiek powszechnej budowy PES jest bardzo wątpliwa. Tłumaczy się to wysokim kosztem budowy PSZ, a także ograniczeniem ich wykorzystania do kilku obszarów o korzystnym położeniu geograficznym.

A jednak zbudowano TPP: w 1966 r. we Francji na rzece Rance o mocy 240 MW, a w 1968 r. w Związku Radzieckim Kisłogubskaja TPP na wybrzeżu Morza Barentsa w pobliżu miasta Murmańsk. PES mają jedną istotną zaletę: proces wytwarzania energii elektrycznej w tych elektrowniach jest przyjazny dla środowiska.

Do odnawialnych źródeł energii zaliczają się także fale morskie. Fale morskie generowane są przez wiatr, o ich energii decyduje stan powierzchni morza. Przeciętna fala o wysokości 3 m niesie około 90 kW energii na 1 m długości czoła fali. Praktyczne wykorzystanie tej energii powoduje jednak duże trudności. Obecnie opatentowano szereg rozwiązań technicznych umożliwiających przetwarzanie energii fal na energię elektryczną. W Japonii energia fal jest wykorzystywana do autonomicznego zasilania pływających boi.

Prace nad wykorzystaniem energii prądów oceanicznych do produkcji energii elektrycznej znajdują się w fazie przygotowania do realizacji technicznej. Planuje się montaż turbin o średnicy wirnika 170 m i długości wirnika 80 m, wykonanych ze stopu aluminium, o możliwej żywotności co najmniej 30 lat, w obszarach o stosunkowo silnych prądach. Przepływy wody z prądu oceanicznego obracają łopatki turbiny, a poprzez system powielaczy zwiększających prędkość obracają generator elektryczny podłączony do rury. Zdaniem ekspertów koszt energii elektrycznej wyprodukowanej w takich elektrowniach ma być 1,8 razy niższy niż w elektrowniach cieplnych i 2,4 razy niższy niż w elektrowniach jądrowych.

Obecnie coraz większą uwagę poświęca się energetycznemu wykorzystaniu gradientu temperatur różnych warstw wody w morzach i oceanach, czyli tworzeniu elektrowni hydrotermalnych. Próbki doświadczalne automatycznej elektrowni hydrotermalnej demonstrowano w Japonii i USA w latach 80-tych XIX wieku. W Stanach Zjednoczonych planowana jest bezpośrednia budowa elektrowni hydrotermalnej o mocy 1 MW, która ma pozwolić zaoszczędzić do 63 tys. ton ropy dziennie. Zaangażowanie ogromnych zasobów energii oceanicznej w produkcję energii spowoduje minimalny negatywny wpływ na środowisko.

d) Energia geotermalna.

Dużym zainteresowaniem cieszy się problem wykorzystania ciepła Ziemi do produkcji energii. Energia geotermalna jest praktycznie niewyczerpanym źródłem energii. Wiadomo, że wraz ze wzrostem głębokości warstw ziemi wzrasta temperatura. Prowadzi to do tego, że z wnętrzności Ziemi na jej powierzchnię w sposób ciągły przepływa strumień ciepła o znacznej mocy, według obliczeń 30 razy większej niż moc wszystkich elektrowni świata. Obecnie prowadzone są intensywne badania nad problemem wykorzystania zasobów geotermalnych (podziemne zasoby gorącej wody i pary; źródła związane z ciepłem suchych skał) do produkcji energii elektrycznej.

Pierwsza udana próba wykorzystania ciepła Ziemi do produkcji energii elektrycznej miała miejsce w Lorderello (Włochy) w 1904 roku, gdzie w obiegu turbiny parowej wykorzystano suchą parę wydobywającą się z ziemi. Moc tej elektrowni geotermalnej wynosi obecnie 390 MW.

Dziś na świecie nie ma jeszcze wystarczającego doświadczenia, aby wiarygodnie oszacować wszystkie wskaźniki kosztów energii geotermalnej, ale jedno jest pewne, że rozwój źródeł geotermalnych wiąże się z bardzo dużymi kosztami finansowymi. Ponadto doświadczenie eksploatacyjne szeregu zagranicznych elektrowni geotermalnych, w tym największej na świecie stacji „Big Geysers” (USA, 12,5 MW), pokazało, że szereg czynników związanych z ich pracą ma negatywny wpływ na środowisko. Należą do nich przede wszystkim siarkowodór zawarty w parze. Obecność siarkowodoru w powietrzu powoduje nieprzyjemny zapach i może powodować korozję sprzętu i materiałów. W wodach termalnych rozpuszcza się wiele szkodliwych substancji, takich jak arsen, selen i rtęć. Nie zawsze możliwe jest odprowadzenie takiej wody do naturalnych zbiorników. Omawiając kwestie środowiskowe związane z wykorzystaniem elektrowni geotermalnych, należy również pamiętać, że wydobycie na powierzchnię dużych ilości wody i pary może wpłynąć na mikroklimat obszaru, prowadząc do niestabilności skorupy ziemskiej i trzęsień ziemi. Metoda pompowania ścieków do nieproduktywnych studni jest dość radykalna. Jednak taki zastrzyk zwiększa koszty eksploatacji złóż geotermalnych.

A mimo to w wielu krajach świata prowadzone są prace nad zbadaniem problemu wykorzystania energii geotermalnej, gdyż jej zasoby są niewyczerpane. Ponadto, w przeciwieństwie do energii słonecznej, która zmienia się nie tylko codziennie, ale także w zależności od pory roku i pogody, energię geotermalną można wytwarzać bezpośrednio. Zakłada się, że przy odpowiednim rozwoju elektrowni geotermalnych wytworzona w nich energia będzie kosztować mniej niż energia uzyskana innymi drogami.

Trzecie pytanie badawcze:

Niestety, wykorzystanie na szeroką skalę rozważanych alternatywnych źródeł energii wymaga znacznych ulepszeń, długiego czasu i ogromnych kosztów finansowych, a w efekcie jest to zadanie na najbliższą przyszłość.

Dlatego cała nadzieja na rozwiązanie światowego kryzysu energetycznego opiera się na wykorzystaniu energii jądrowej i termojądrowej. Energia jądrowa, podobnie jak inne rodzaje energii, nie może być całkowicie czysta i nie oddziaływać na środowisko. Jednak reaktory termojądrowe zasilane paliwem deuterowo-trytowym mają znaczną przewagę nad reaktorami jądrowymi z punktu widzenia ich wpływu na środowisko. Dzieje się tak ze względu na znacznie mniej lotnych odpadów radioaktywnych, mniejszą podatność na wycieki chłodziwa i inne sytuacje awaryjne.

Jednak kwestia eksploatacji reaktora termojądrowego wiąże się z problemem sterowania reakcją syntezy termojądrowej. Rozwiązanie tego problemu wiąże się z dużymi kosztami materialnymi, na które nie da się przeznaczyć środków publicznych w żadnym kraju, może to zrobić jedynie grupa państw. Dlatego nadzieje pokłada się w komercyjnym reaktorze termojądrowym. Kiedy to będzie? Akademik E.P. Velikhov odpowiada na to pytanie:

„Uważam, że aby już w XX wieku przeprowadzić planowane przejście na niewyczerpalne źródło energii, powinniśmy wspólnie stworzyć eksperymentalny reaktor termojądrowy. Byłby to oczywiście znaczący krok naprzód. Wiedzielibyśmy dokładniej, na co możemy liczyć i jakie dalsze wysiłki należy poczynić... Bez współpracy międzynarodowej efekty byłyby słabsze... Mamy już wstępny projekt instalacji. Nigdy wcześniej nie było czegoś takiego w praktyce naukowej i żaden kraj nie byłby w stanie samodzielnie wykonać takiego wstępnego projektu. Subiektywnie i obiektywnie kierowana synteza to wyjątkowy obszar współpracy. Badania nad zamknięciem plazmy magnetycznej nie mają nic wspólnego z celami wojskowymi, nie stały się jeszcze tajemnicą handlową. Wszyscy rozumieją, że potrzebna jest kontrolowana synteza termojądrowa, a współpraca jest korzystna dla wszystkich. I musimy na tym polegać w przyszłości. W jednym ze swoich przemówień akademik L.A. Artsimovich powiedział, że „problem kontrolowanej reakcji termojądrowej z pewnością zostanie rozwiązany, jeśli ludzkość będzie tego naprawdę potrzebować”.

Myślę, że taki czas już nadszedł. Ale to temat na inną rozmowę.

Podsumowanie lekcji:

Mikrotest (sugerowane na koniec lekcji, aby zachęcić ucznia do uważności podczas lekcji uczenia się nowego materiału, aby ćwiczyć jego pamięć.

Uczniowie muszą zgodzić się lub nie zgodzić z przedstawionymi stwierdzeniami (wstawić „+” lub „-” przed numerem każdego stwierdzenia)).

Globalny kryzys energetyczny przewiduje prawo zachowania ładunku elektrycznego.

Aby wytworzyć energię słoneczną, należy ją zebrać z ogromnego obszaru.

Jeden z problemów związanych z użytkowaniem turbiny wiatrowej: należy zatrzymać silnik, gdy wiatr osłabnie, gdyż jest to energetycznie nieopłacalne.

Energia geotermalna jest przyjazną dla środowiska formą energii.

Energia jądrowa pomoże rozwiązać kryzys energetyczny.

Praca domowa . Przygotowywanie projektów – prezentacje na temat „Alternatywne źródła energii”