Розвиток енергетики Урок фізики 11 клас

Мета: Узагальнити й систематизувати знання учнів про різні види джерел енергії, продовжити формувати вміння аналізувати, порівнювати, робити самостійно висновки, працювати з літературою; створювати презентації;виховувати економічне мислення, вміння працювати в колективі ( в групах), толерантність, прагнення до поповнення знань, вміння захищати свої думки.

 

         Тип уроку: урок узагальнення й систематизації знань з використанням проектних технологій.

 

         План уроку:

1.     Організаційний момент.

2.      Мотивація і активація навчальної діяльності ( презентація вчительського проекту „ Світ шукає енергію”).

3.      Робота в групах над учнівськими проектами.

4.      Звіти-презентації учнівських проектів.

5.      Підсумок уроку.

 

Хід уроку.

 

         1. У класі тихо звучить музика, учні розсаджуються по групах біля компютерів. Поділ на групи доцільно зробити на попередньому уроці, а кожній групі дати домашнє завдання: знайти й опрацювати матеріали по даним питанням. Поділ на групи можна проводити різними способами. Повідомляється тема і мета уроку.

         2. Учитель фізики презентує проект „Світ шукає енергію”

Енергія – не тільки одне з найчастіше обговорюваних сьогодні понять, крім свого основного фізичного ( природничонаукового) змісту, воно має численні економічні, технічні, політичні й інші аспекти. Енергія є основою життя людського суспільства, і його прогресивний розвиток повязаний з безпосереднім зростанням енергоспоживання.

n  Протягом сторіч ступінь використання джерел енергії залишалася низькою – домашні тварини, сила власних рук, вітри, води. Йшов час. Люди навчилися одержувати тепло ( 80-150 тисяч років тому), використовувати водяну енергію ( запуск першого млина з колесом, що приводиться в рух водяним потоком відноситься до початку нашого літочислення).

n  В 1470 році був спущений на воду перший великий чотиримачтовий корабель, близько 1500 року геніальний Леонардо да Вінчі запропонував дуже дотепну модель ткацького верстата, проект спорудження літаючої машини. Згадаємо такі імена гігантів на шляху наукового прогресу людства як І.Ньютон, Лейбниц, Едвард Сомерсет, Джеймс Уатт, Роберт Фултон ( перший пароплав). Всі механізми і машини вимагали „палива”, джерел енергії.

n  Розвиток техніки вимагав більше енергії, використаної далі від її джерела. Електричну енергію легко передавати на великі відстані і використовувати для різноманітних цілей.

n  У таблиці приведена наближена оцінка процентної частки окремих джерел енергії в різні періоди розвитку людства.(додаток 3)

n  Енергія – слово грецьке, означає в перекладі діяльність. Терміном „енергія” позначають єдину скалярну міру різних форм руху матерії. Енергія – це, по суті справи, енергетичний потенціал ( а робота – це та частка потенціалу, що дає корисний ефект). Прогноз росту потреби в енергії найчастіше повязують з ростом чисельності населення Землі. При цьому припускають, що на кожного жителя рівень отриманої енергії буде також збільшуватися ( на кожного жителя Землі припадає близько 29 МВт год енергії в 2000 році). Треба замітити, що в розвинутих країнах – 10 кВт на одну людину, а в країнах, що розвиваються, споживається значно менше, 2 кВт на людину. Більшість експертів припускають, що чисельність населення Землі і споживання енергії повинні стабілізуватися на якомусь рівні і що відбудеться це в кінці ХХІ сторіччя ( до 10¹⁰кВт).

n  Прогнозується виснаження до середини- кінця наступного сторіччя запасів нафти, природничого газу й інших традиційних енергоресурсів, а також скорочення вживання вугілля через шкідливі викиди в атмосферу ( по розрахункам, твердого палива повинно вистачити на 300 років) і ядерного палива ( якого вистачить не менше ніж на 1000 років).

n  Ресурси практично невичерпні! А потреби? Очевидно, вони повинні відповідати не тільки земним, але і потребам космічного будівництва, космічних повідомлень, освоєння Місяця, планет, астероїдів та інших космічних тіл. Світ заповнений енергією, що може бути використана для здійснення роботи різного характеру. Енергія може знаходиться в людях і тваринах, у каменях і рослинах, у викопному паливі, деревах і повітрі, у ріках і озерах, а ми, у свою чергу, розглянемо способи витягу цієї енергії і її перетворень.

 

3.На цьому етапі уроку ми працюватимемо таким чином. На попередньому уроці ми з вами утворили групи, кожна з яких отримала домашнє завдання з таких тем:

  - Преспективи використання вітрової енергії

  - Використання гідроресурсів

  - Сонце – джерело енергії

  - Атомна енергія

  -Теплоелектростанції, їх вплив на навколишнє середовище

  - Альтернативні джерела енергії.

До повідомлень, які ви підготували вдома, отримаєте ще додаткову інформацію. Ваше завдання: опрацювати цей матеріал, обговорити його, скласти план презентації вашого проекту та підготувати її на компютері. Зверніть увагу на переваги та недоліки різних джерел енергії, їх застосування у нашому регіоні, тобто на Херсонщині, та на їх вплив на екологію.

 

4.Вчитель інформатики: Комп’ютерну презентацію створюємо за допомогою програми MS Power Point.

- Як завантажити програму? (Пуск/Програми/MS PowerPoint або на панелі задач)

- Як додати новий слайд? (Вставка / Новий слайд)

- Як застосувати шаблон оформлення презентації? ( Формат / Застосувати шаблон оформлення)

- Як переглянути створену презентацію? ( Показ / Начать показ)

- Як створити ефект анімації? (Виділяємо об’єкт та вибираємо ефект на панелі анімацій).

- При створенні презентації можна користуватися інструкцією (додаток 1).

 

5. Прошу припинити обговорення і когось з учнів групи представити свій проект перед класом. ( Учні представляють свої проекти по черзі. Коли всі групи відзвітували, методом „дерево рішень” учні роблять узагальнення, які джерела енергії існують і можуть уснувати, які з них більш економічні та екологічні).

 

6. За час існування нашої цивілізації багато разів відбувалася зміна традиційних джерел енергії на нові, більш потужні. І не тому, що старе джерело було вичерпано.

У погоні за надлишком енергії людина усе глибше занурювалася в стихійний світ природних явищ і до якоїсь пори не дуже задумувалася про наслідки своїх справ і вчинків.

Але часи змінилися. Зараз починається новий, значний етап земної енергетики, побудований так, щоб людина не рубала сук, на якому вона сидить, піклувалася про охорону вже сильно ушкодженої біосфери.

Розповідь про енергію може бути нескінченою, незлічимі альтернативні форми її використання за умови, що ми повинні розробити для цього ефективні й економічні методи. Не так важливо, яка наша думка про джерела енергії, її якості і собівартості. Нам, очевидно, варто лише погодитися з тим, що сказав мудрець, імя якого залишилося невідомим: „ Немає простих рішень, є тільки розумний вибір”.

 

 

 

 

 

 

Додаток1.

1.     Запуск програми.

2.      Виберіть пункт Нова презентація.

3.      Виберіть перший слайд ,Титульний слайд : заголовок - назва вашого проекту; підзаголовок –  імена та прізвища.

4.      Виберіть оформлення презентації: Формат / застосувати шаблон презентації.

5.      Додайте новий слайд: Вставка / новий слайд. Наповніть його змістом.

6.     Повторіть пункт 5.

7.      Малюнки додаються за допомогою команди: Вставка / Малюнок , або через буфер обміну.

8.      Застосуйте до елементів презентації ефекти анімації ( за допомогою панелі анімації).

9.      Перегляньте створену презентацію: Показ слайдів / Почати показ.

 

 

 

Додаток2.

Перспективи використання вітрової енергії.

 

Енергія вітру здавна використовується людиною. Достовірно відомо, що вітряки мололи зерно у Персії ще за 200 років до нашої ери. Ще раніше вони застосовувались у Китаї.

Сумарна потужність вітрових електростанцій (ВЕС) у всьому світі на початку 1990-х рр. досягла 2000 МВт. Великі здобутки у розвитку вітроенергеники має Данія. У цій країні діє близько 3500 вітроенергетичних установок загальною потужністю 400 МВт. На них виробляється 10% усієї електроенергії країни. Крім того, до 85% вітроенергетичних установок, які надходять на світовий ринок, також датського виробництва. Велика концентрація вітроустановок на каліфорнійському узбережжі США. Тут на гірських перевалах уздовж автостради від Сан-Франціско до Лос-Анжелеса встановлено близько 2000 вітроагрегатів. Значних успіхів у розвитку вітроенергетики досягли також Канада, Нідерланди, Франція, Іспанія, Греція, Великобританія, Швеція, Австралія.

Відомо, що першу в світі вітрову електростанцію з робочим колесом діаметром 30М і потужністю 100 кВт було споруджено в Криму, неподалік від Севастополя, ще в 1931 р. за проектом видатного українського вченого й інженера, одного з основоположників космонеавтики Ю.Кондратюка. Та лише в останні роки будівництво ВЕС у нашій країні набуло значного розмаху. Величезну роль у його розгортанні відіграє постанова уряду, що зобовязує 0,5% усіх коштів, отриманих від реалізації електроенергії, відраховувати у спеціальний фонд розвитку вітроенергетики.

В Україні споруджується кілька великих ВЕС: у Криму (Донузлакська, Чорноморська, Східнокримська) та в Миколаївській області (Аджигольська). Потужність ціх станцій становитиме від 7,5 до 500 МВт. На них планується встановити від 3 до 53 агрегатів. Невеликі ВЕС працюють у Харькові та в інших містах і селах Країни. Проте найбільший потенціал зосереджений усе-таки на узбережжі, а також у гірських та степових районах України.

Мета наступних етапів Комплексної програми – довести виробництво вітроенергії до 25-35% від загального обсягу виробництва електроенергії. Для малих споживачів електроенергії (наприклад, фермерських підприємств) ведуться роботи зі створення та серійного випуску автономного вітроагрегату ВЕГ-10/60 потужністю 10 кВт.

Можливі галузі застосування енергії вітру

Аналіз літературних джерел, що висвітлюють історичний і політехнічний аспект проблеми дослідження, дав підстави для визначення основних напрямків можливого застосування енергії вітру, до складу яких можна віднести:

·     вітрильний повітряний і водний транспорт;

·        барабанні повітряні млини для помолу зерна;

·        вітряні установки для перекачкн води (вітрові зрошувальні системи);
вітрові електричні станпії;

·        вітрові акумуляційні станції;

·        вітряки для обертання рухових частин різних видів верстатів та пристроїв;

·        живлення установок для опріснення мінеральних вод;

·     живлення установок для постачання кисню.

Як   бачимо,   спектр   застосування  енергії  вітру  досить   широкий.  Можливість  і  доцільність виконання  зазначених видів робіт вітром доведена історією.

Доцільність застосувань вітрової енергії

Вивчення літератури з проблеми дослідження дозволило встановити, що ефективне використання вітрової енергії пов'язане із можливістю її застосування:

1)                          при виконанні тих видів робіт, де енергія вітру більш доступна, більш доцільна і більш
економічна, ніж інші види енергії;

2)                          на тих виробництвах, котрі передбачають можливість перерви у постачанні енергії;

3)                          на тих виробництвах, на яких передбачена можливість акумуляції енергії.

Плюси і мінуси вітряної енергії

До «плюсів» вітряної енергії можна віднести:

1)                          невичерпність   ресурсів;

2)                          доступність для використання;

3)                          наявність у будь-якій місцевості;

4)                          відсутність необхідністі транспортувати енергію.

До «мінусів» вітру як енергетичного ресурсу можна віднести:

1)                           зміна показників вітряного потоку з часом;

2)                           коливання потужності, що розвиває вітроустановка;

3)                           труднощі, пов'язані зі стабілізаццією вітряного потоку і акумуляцією вітряної енергії;

4)                           екологічний вплив на навколишне середовище (шум вібрацій).

Найбільш сприятливі місця для будівництва вітрових установок

За розрахунками вчених, нормальну роботу вітрових двигунів можна забезпечити за умови, щоб швидкість вітру в середньому за рік не падала нижче за (4-5)м/с. вчені зазначають (1, С.184), краще щоб вона становила

(6-8)м/с. В  Україні  такими   зонами   є  узбережжя   Чорного  і   Азовського   морів   (Крим),   а  також Карпати і південні  степові рєгіони.

Для нашого дослідження інтерес являв останній регіон. Аналіз літератури з цього приводу дозволив встановити, що:

  1) середня швидкість вітру за рік на території Херсонських степів дорівнює 5м/с;

   2)весь    південний    кордон    області    омивається    Каркінітською    і    Сивашською    затоками,       утворюючи коси (Арабатська стрілка, Бирючий острів, Тендрівська коса);

   3)до   узбережжя   водних   регіонів   області   належить   Дніпровський   лиман,   Бузький   лиман,   Каховське  водосховище і Азовське море.

Наявність водних кордонів, внаслідок здатності води акумулявати сонячну енергію, створювати умови для руху повітря протягом доби. Причому, у напрямку цих рухів можна визначити певну періодичність. За умов відсутності циклонічних впливів на рух повітряних мас, можна певним чином прогнозувати вітрову ситуацію. А це означає, що Херсонська область має певні переваги перед іншими областями України у використанні такого джерела енергії, як вітер.

 

 

     Невичерпне джерело енергії – Сонце.

 

 

Величезним і практично невичерпним джерелом енергопостачання, яке, до того ж, не забруднює навколишнє середовище, є енергія Сонця. Надходження сонячної енергії на поверхню Землі на чотири порядки перевищує сучасний рівень світового енергоспоживання. Проте дня технічного використання придатна лише невелика її частина. Так, академік М.Старикович технічний потенціал сонячної енергії оцінює лише в 5 млрд. тонн умовного палива, що вдвічі менше від уже освоєних людством енергоресурсів. Основні незручності для практичного використання сонячної енергії полягають у низькій щільності і дискретності її надходження на поверхню Землі. Однак у помірних і особливо в тропічних широтах, де інтенсивність сонячної радіації найбільша, сонячна енергетика має великі перспективи для св о го  р о зв и т ку.

У світі нагромаджений значний досвід використання сонячної енергії для одержання електроенергії, побутової та високотемпературної промислової теплоти, а також на транспорті. Міжнародне визнання дістали праці вчених та інженерів США, Франції, Італії, Іспанії, Японії, колишнього СРСР. Сонячна електростанція (СБС) баштового типу донедавна діяла в Криму поблизу   Керчі.   Протягом    1985     -1994  рр.    вона   виробила   близько   2   млн.   кВт*год електроенергії. Попри всю цінність дев'ятирічного досвіду експлуатації цієї експериментальної геліостанції, не можна не помітити вкрай незадовільні економічні показники її роботи. За деякими даними., собівартість її електроенергії у сотні разів перевищувала відпускну ціну на електроенергію для населення. Якщо взяти до уваги, що з господарського обігу весь цей час були вилучені досить великі земельні площі (загальна площа лише дзеркал-геліостатів становила 4 га), то проблеми розвитку сонячної енергетики в Україні виявляться складнішими, ніж досі вважалося.

Одним із найперспективніших способів одержання електроенергії є безпосереднє перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію за допомогою термо- і фото генераторів. Проте сфера застосування таких установок дуже обмежується низькою ефективністю  та  високою  вартістю  перетворювачів.  Як відомо,  ККД більшості  сучасних напівпровідникових фотоелектричних генераторів (сонячних батарей)18-23%.'Тому над проблемою підвищення ефективності їх роботи працюють цілі наукові колективи. Останнім часом удалося істотно просунутися в напрямі зниження вартості фотоелектричних генераторів. Так, у і США тільки за 10 років вони подешевшали у 50 разів.

Фотоелектричні генератори широко використовуються для живлення різних атономних споживачів невеликої потужності ~ мікрокалькуляторів, електронних іграшок, навігаційного обладнання., радіостанцій, радіомаяків, ретрансляторів., космічних апаратів тощо. Фотоелектричними установками сьогодні обладнуються цілі будинки, теплиці і тваринницькі ферми.Ще поширенішим є використання сонячної енергії для організації теплопостачання, кондиціонування повітря, опріснення морської води, сушіння фруктів. Найбільше установок гарячого водопостачання і сонячного опалення працює сьогодні у США і Японії, а в
розрахунку на душу населення -    в Ізраїлі і на Кіпрі.

Порівняно з великими електростанціями, фотоелектричні генератори в розвитку сонячної енергетики в Україні, очевидно, найперспективніші. Вони не тільки не потребують для своєї реалізації великих земельних площ, а й дають змогу раціонально і без будь-якої шкоди для навколишнього середовища використовувати непридатні для інших цілей площі міської забудови, насамперед, дахи житлових будинків.

 

Геотермальна енергія

        

         Енергія Землі – геотермальна енергетика базується на використанні природної теплоти Землі. Верхня частина земної кори має термічний градієнт, рівний 20-30⁰С в розрахунку на 1 км глибини, і, за даними Уайта ( 1965 р.), кількість теплоти, що міститься в земній корі до глибини 10 км ( без обліку температури поверхні), дорівнюють приблизно 12,6*10²⁶ Дж. Ці ресурси еквівалентні тепломісткості 1,6*10¹⁶ т вугілля ( приймаючи середню теплоту згоряння вугілля рівною 27,6*10⁹Дж/т), що більше ніж й 70 тис. раз перевищує тепломісткість усіх технічних і світових ресурсів вугілля. Однак геотермальна теплота у верхній частині земної кори ( до глибини 10 км) занадто розсіяна, щоб на її базі вирішувати світові енергетичні проблеми. Ресурси, придатні для промислового використання, являють собою окремі родовища геотермальної енергії, сконцентрованої на доступній для розробки глибині, що мають визначені  обсяги і температуру, достатні для використання їх з метою виробництва електричної  енергії .

         Ірландія є прикладом країн, де широко використовується геотермальна енергія. В цій дуже холодній країні більшість будинків опалюється, використовуючи теплоту геотермальних джерел.

         Джерела геотермальної енергії розташовані по всій території України, яка має значні потенційні ресурси такої енергії. Районами її можливого використання є:

-         Крим                                     - Херсонська область.

-         Закарпаття

-         Донецька область

-         Запорізька область

-         Луганська область

-         Полтавська область