Человек родился быть господином, повелителем, царем природы,
но мудрость, с которой он должен править, не дала ему от рождения:
она приобретается учением.

Н.И.Лобачевский

Для многих понятия - физика и экология - кажутся несовместимыми. Ведь физика, внедрение ее результатов в промышленность представляются как один из главнейших источников загрязнения окружающей среды. Энергетика, атомная промышленность, и многие другие отрасли, широко использующие достижения физики, отрицательно влияют на окружающую среду.

Существуют различные толкования термина «экология». Экология как самостоятельная наука относится к наукам биологическим, да и сам термин «экология» был предложен немецким биологом-эволюционистом Э. Геккелем. Наряду с таким «биологическим» пониманием экологии в современном обществе существует понятие «экология» как представление об уровне техногенного загрязнения окружающей среды.

Новое понимание экологии возникло на основе теории термодинамики открытых систем и является наиболее «физическим». Это понимание экологии можно найти в работах А.А. Богданова, В.И. Вернадского. Богданов еще в начале XX века высказал мысль о том, что законы организации должны действовать не только в живой, но и неживой природе.

Пророк ХХ столетия В.И.Вернадский в начале 30-х годов, когда на смену физики Ньютона, зарождалась новая квантовая физика, писал, что «человек - это квантовая система, человек - это космос в миниатюре».

Сегодня современная научная картина мира строится на основе физических законов природы, которая должна отражать и учитывать нарастающие экологические проблемы. Влияния деятельности людей на окружающий мир, стало настолько тесным, что вторжение человека в природу уже не может быть хаотичным и безграничным. Все это должно определенным образом регулироваться, или в противном случае цивилизация окажется перед экологической катастрофой.

Решение экологических проблем в огромной степени зависит от постановки экологического образования и воспитания подрастающего поколений. Учащиеся должны хорошо знать законы природы, понимать взаимосвязь природных явлений, уметь предвидеть и оценивать последствия вмешательства в естественное течение различных процессов.

В средней общеобразовательной школе экологическое образование носит междисциплинарный характер и входит в содержания многих предметов: природоведения, географии, биологии, химии, физики и др. и как самостоятельный курс в нашей школе не ведётся, поэтому необходимо максимально использовать аспекты экологии на уроках всех дисциплин и во внеурочное время. Считают, что вопросами экологии в школе должны заниматься учителя биологии и географии. Наверное, именно поэтому в процессе становления школьного экологического образования физика оказалась далеко не в первых рядах.

Но опыт работы учителем в школе показал, что большой вклад в дело экологического образования могут внести и преподаватели физики. На первый взгляд кажется, что интересы физики и экологии противоречивы. Ведь экология изучает взаимосвязи в природе, а физика - это наука, которая лежит в основе научно-технического прогресса и вносит нарушения в

многочисленные природные взаимодействия. Однако нельзя забывать, что «физика» в переводе с греческого означает «природа». Я считаю, что необходимо использовать физику как инструмент сохранения окружающей среды.

Сегодня учебный процесс по физике весьма напряжен. Для связи предмета экологии с физикой, необходимо определить какие же виды знаний экологического характера должны войти в содержание данной дисциплины.

Определить объем экологической информации в любом предмете весьма сложный вопрос. Его конкретное решение зависит от опыта работы учителя, от времени, которое можно отвести в ходе урока на элементы экологии.

Но есть и такие уроки физики, которые вполне можно посвятить целиком изучению проблем экологии:

Изучение тепловых двигателей;

При изучении темы энергетических ресурсов;

Круговорот воды в природе;

Атмосфера;

Воздухоплавание;

Ядерная физика и др.

Успешная реализация возможностей экологического образования учащихся может быть достигнута при осуществлении всех форм обучения: урочная и внеурочная работа, элективные курсы, факультативные занятия, решение физических задач с экологическим содержанием, исследовательская работа учащихся по экологии и т.д.

К концу второго тысячелетия человечество вступило в мир сложнейших взаимозависимостей и глобальных экологических проблем. Стремительное и нарастающее вмешательство человека в природные сообщества обусловило реальную угрозу существованию окружающей нас среды. Сегодня в числе основных забот жителей Земли - проблемы экологии.

Воспитание человека, способного жить в гармонии с природой - важнейшая задача школы. Учащиеся должны осознать мысль о том, что законы природы познаются не только с целью их применения на благо людей, но и для того, чтобы человек не нарушал гармонии окружающего его мира.

Важно укрепить такую жизненную позицию: небрежное, безответственное отношение к природе безнравственно; чувство ценности, окружающей нас природы обогащает духовный мир человека, возвышает его моральные принципы. Ведь, по словам писателя С. П. Залыгина, «отношение человека к окружающей среде - это уже и сам человек, его характер, его философия, его душа, его отношение к другим людям».

Главная \ Документы \ Для учителя физики

При использовании материалов этого сайта - и размещение баннера -ОБЯЗАТЕЛЬНО!!!

Интегрированный урок (физика + экология) по теме: "Вещество - без которого невозможна жизнь"

Урок физики.

Сегодня на уроке мы с Вами работаем над мини-проектом - Вода. Экологические аспекты водных экосистем.

Цель нашей работы - уточнение значение воды для жизни живых организмов, её влияние и влияние окружающей среды на воду и соответственно на жизнь. Приступаем к работе.

Чтобы правильно ответить на вопросы урока необходимо внимательно ознакомиться с содержанием теоретического материала. Все вопросы урока относятся именно к той части которая предшествовала ему.

Если какой- либо вопрос вызвал затруднение еще раз внимательно перечитай теорию.

Сначала выясним, как влияет вода ни живые организмы, её значение в нашей жизни, вспомним её физико-химические характеристики и как они связаны с этим влиянием.

Охрана природы - это не только обще государственная задача, но и дело всего народа. Думая о будущем, человек должен бережно и с любовью относиться к природе сегодня и в первую очередь к её водным ресурсам.

Сегодня на уроке мы повторим, что мы знаем о воде и попробуем ответить на вопрос.

Почему же так необходимо заботиться о состоянии водных экосистем?

Какие экологические проблемы испытывают отдельные экосистемы?

Какие пути их решения уже найдены?

А так же попробуете предложить свои пути решения этих проблем.

Вода играет большую роль в нашей жизни. Что бы делало человечество без воды, даже трудно представить. По-видимому, оно просто бы не существовало. С водой на нашей планете связаны не только жизнь и климат, но и работа большинства отраслей народного хозяйства, особенно водного транспорта. Вода является богатейшим источником энергии - это гидроэнергия рек, энергия приливов, геотермальная и термоядерная энергия.

Именно благодаря воде в природе возникают интереснейшие и самые разнообразные явления, такие, как радуга, гало, сулой, венцы, "шепот звезд" и другие.

Некоторые люди связывают с ними различные суеверия и приметы. Но ученые разгадали и нашли объяснение этим загадочным явлениям природы. Причиной некоторых из них является вода, ее пары и лед.

Воде принадлежит огромная роль в природе. В самом деле, ведь именно море явилось первой ареной жизни на Земле.

Растворенные в морской воде аммиак и углеводы в контакте с некоторыми минералами при достаточно высоком давлении и воздействии мощных электрических разрядов могли обеспечить образование белковых веществ, на основе которых в дальнейшем возникли простейшие организмы.

По мнению К. Э. Циолковского, водная среда способствовала предохранению хрупких и несовершенных вначале организмов от механического повреждения. Суша и атмосфера стали впоследствии второй ареной жизни.

Можно сказать, что все живое состоит из воды и органических веществ. Без воды человек, например, мог бы прожить не более 2-3 дней, без питательных же веществ он может жить несколько недель.

Для обеспечения нормального существования человек должен вводить в организм воды примерно в 2 раза больше по весу, чем питательных веществ.

Потеря организмом человека более 10% воды может привести к смерти.

В среднем в организме растений и животных содержится более 50% воды, в теле медузы ее до 96, в водорослях 95-99, в спорах и семенах от 7 до 15%.

В почве находится не менее 20% воды, в организме же человека вода составляет около 65% (в теле новорожденного до 75, у взрослого 60%).

Разные части человеческого организма содержат неодинаковое количество воды: стекловидное тело глаза состоит из воды на 99%, в крови ее содержится 83, в жировой ткани 29, в скелете 22 и даже в зубной эмали 0,2%.

В первичной водной оболочке земного шара воды было гораздо меньше, чем теперь (не более 10% от общего количества воды в водоемах и реках в настоящее время). Дополнительное количество воды появилось в последствии в результате освобождения воды, входящей в состав земных недр.

По расчетам специалистов, в составе мантии Земли воды содержится в 10-12 раз больше, чем в Мировом океане. При средней глубине в 4 км Мировой океан покрывает около 71% поверхности планеты и содержит 97,6% известных нам мировых запасов свободной воды.

Реки и озера содержат 0,3% мировых запасов свободной воды.

Большими хранилищами влаги являются и ледники, в них сосредоточено до 2,1 % мировых запасов воды. Если бы все ледники растаяли, то уровень воды на Земле поднялся бы на 64 м, а значит, около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой.

В эпоху оледенения Европы, Канады и Сибири толщина ледяного покрова в горных местностях достигала 2 км, В настоящее время вследствие потепления климата Земли постепенно отступают границы ледников. Это обусловливает медленное повышение уровня воды в океанах.

Около 86% водяного пара поступает в атмосферу за счет испарения с поверхности морей и океанов и только 14% за счет испарения с поверхности суши. В итоге в атмосфере концентрируется 0,0005% общего запаса свободной воды. Количество водяного пара в составе приземного воздуха изменчиво. При особо благоприятных условиях испарения с подстилающей поверхности оно может достигать 2%.

Несмотря на это, кинетическая энергия движения воды в морях составляет не более 2% от кинетической энергии воздушных течений. Происходит это потому, что более трети солнечного тепла, поглощаемого Землей, тратится на испарение и переходит в атмосферу. Кроме того, значительное количество энергии поступает в атмосферу за счет поглощения проходящего через нее солнечного излучения и отражения этого излучения от земной поверхности.

Прошедшая же через водную поверхность лучистая энергия Солнца и небесного свода уменьшается в интенсивности наполовину уже в верхнем полуметре воды вследствие сильного поглощения в инфракрасной части спектра.

Очень большое значение в жизни природы имеет то обстоятельство, что наибольшая плотность у воды наблюдается при температуре 4° С. При охлаждении пресных водоемов зимой, по мере понижения температуры поверхностных слоев более плотные массы воды опускаются вниз, а на их место поднимаются снизу теплые и менее плотные.

Так происходит до тех пор, пока вода в глубинных слоях не достигнет температуры 4° С. При этом конвекция прекращается, так как внизу будет находиться более тяжелая вода. Дальнейшее охлаждение воды происходит только с поверхности, чем и объясняется образование льда в поверхностном слое водоемов. Благодаря этому подо льдом не прекращается жизнь, т.к. водоем не промерзает полностью.

1. Что такое конвекция?

Вертикальное перемешивание морской воды осуществляется за счет действия ветра, приливов и изменения плотности по высоте. Ветровое перемешивание воды происходит в направлении сверху вниз, приливное - снизу вверх. Плотностное перемешивание возникает за счет охлаждения поверхностных вод. Ветровое и приливное перемешивания распространяются на глубину до 50 м, на больших глубинах может сказываться действие только плотностного перемешивания. Растворенный в воде воздух богат кислородом, что способствует развитию в ней жизненных процессов.

2. В каких водах рыб больше в холодных или в теплых?

Вода имеет большую удельную теплоемкость и маленькую теплопроводность, что также играет большую роль для жизни в ней живых организмов.

3. Определить на сколько градусов изменится температура воды, если температура воздуха, такой же массы, изменится на 10 градусов.

Высокая теплоемкость воды влияет и на климат земного шара.

4. Климат островов умереннее и ровнее, чем климат больших материков. Почему?

Вода оказывает большее сопротивление, чем воздух. Это связано с тем, что она имеет большую плотность. С высокой плотностью воды связано и высокое давление. Приспособлением к различному давлению в слоях воды можно объяснить и форму тела рыб.

5. Как отличается форма тела ската и леща и почему?

Среди присутствующих на Земле жидкостей поверхностное натяжение воды уступает только ртути. Существенную роль в жизни растений играют и оптические свойства водяного пара. Водяной пар сильно поглощает инфракрасные лучи, что важно для предохранения почвы от заморозков. Еще более действенным средством от заморозков является выпадение росы и образование тумана.

6. Почему?

7. Рассчитать какое количество теплоты выделиться при конденсации водяного пара объемом 100 куб.м.

Зная физические свойства воды и льда, человек давно использует их в своей практической деятельности.

8. Чем можно объяснить прокладку голых электрических проводов по льду?

9. Какое море может служить эталоном прозрачности воды?

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Вода является универсальным растворителем.

10. Как называется вода, в которой растворено менее 1 г минеральных веществ на 1 л.

11.Найдите массу этой воды.

12. Как называют воду с большим содержанием гипса, извести?

13. Почему раки живут только в жесткой воде?

Подведем итог первой части нашего урока.

14. Перечислите основные физико-химические свойства воды. Как они влияют на жизнь живых организмов?

Влияние воды на жизнь живых организмов мы с Вами повторили. Теперь Вы приступаете ко второй части своей работы: Вам надо выяснить как жизнь, а точнее человек влияет на состояние воды и как это сказывается на окружающей среде и на человеке. Поскольку с водой живые организмы получают растворенные в ней вещества, то её важнейшей характеристикой является её качество, которое резко ухудшается в результате загрязнения. На уроке экологии вы будете говорить о видах загрязнения воды и подготовите тезисы для пресс-конференции " Экологические проблемы водных экосистем".

Урок экологии.

На уроке физики вы говорили о значении воды для жизни живых организмов. Какие физические и химические свойства воды влияют на состояние жизни в ней организмов? Мы с вами уже знаем, что емкость океана, как естественного безграничного очистителя не безгранична, что вода является идеальным растворителем, и соответственно с ней в наш организм попадают не только полезные, но и вредные вещества. Так как происходит загрязнение вод. Поскольку эффектом самоочищения обладают лишь пограничные слои воды, составляющие не более 2-3% Мирового океана, его экосистемы уже не в состоянии справляться с загрязнением, вызывающим их деградацию. Спасти водные экосистемы эта одна из важнейших задач. Ваша задача на этом уроке найти информацию, подготовить тезисы для пресс конференции и составить карту "Экологического состояния водных экосистем". Поиском информации мы будем заниматься по группам. Задания для каждой группы даны на доске. Итогом нашей работы должно стать наиболее полное отображение картины "Экологического состояния водных экосистем" на сегодняшний момент, а домашнее задание это выработка Ваших предложений по улучшению состояния водных экосистем и мониторинг состояния Кузьминских прудов. Ознакомьтесь с планом работы на уроке.

Группа ищет информацию в Интернет	Группа работает с большой энциклопедией Кирилла и Мефодия (CD-ROM)	Группа работает с журналом « Экология и жизнь» и энциклопедиями
1. Войти в поисковую систему Рубрикон. 2. Найти нужнуюэнциклопедию 3. Найти данные о морях и озерах. 5. Войти в поисковую систему Яндекс 6. Найти информацию по экологическим проблемам морей и способы ее решения. 7. Войти в поисковую систему Апорт и пользуясь расширенным поиском найти информацию. 8. Составить тезисы к пресс-конференции 9. Отметить на контурной карте, используя программу Photoshop районы загрязнения, связанные с загрязнением водных	1. Используя материал энциклопедии найти информацию по экологическому состоянию рек и озер, их характеристики. 2. Отметить на контурной карте, используя программу Photoshop, районы загрязнения, связанные с загрязнением водных экосистем. 3. Составить тезисы к пресс-конференции и задачи для использования на уроках физики. 4. Сообщить о результатах своей работы преподавателю по E –mail:	1.Используя журналы и энциклопедии найти нужную информацию. 2.Составить тезисы к пресс-конференции и материал под рубрикой «Интересные факты» для использования на уроках биологии в формате.doc. 3.Отправить свои работы в формате.zip учителю по E –mail: 4.Отметить на контурной карте районы загрязнения, связанные с загрязнением водных экосистем.

При составлении карты обратите внимание на то, что ни одна энциклопедия Вам не даст полностью карту или информацию. для правильного составления карты Вам надо применить знания по физике, географии, экологии и биологии.

Напоминаю ваше домашнее задание. Выработать свои предложений по улучшению состояния водных экосистем, с учетом полученной информации, и провести мониторинг состояния близлежащих озер.

Название:
Номинация:
Авторы:
Золотова Светлана Евгеньевна
учитель математики
Чащина Светлана Юрьевна
Учитель химии
Усанова Виктория Васильевна
Учитель физики
Место работы: ГБОУ Гимназия № 1562 им. Артема Боровика г. Москвы
Месторасположение: г. Москва

Интегрированный урок по математике, физике, экологии

Интегрированный урок рассчитан на учащихся 8 класса и раскрывает связь математики, физики с экологией нашей планеты на примере решения экономических задач экологического содержания.

Цели и задачи:

Образовательные:

• создать у учащихся мотивы энергосберегающего поведения;
• формирование компетентности в сфере самостоятельной познавательной деятельности;
• формировать умения и навыки решать математические задачи экономического содержания.

Развивающие:

• способствовать развитию творческих способностей, умений работать с учебной информацией, анализировать; сравнивать;
• продолжить развитие навыков интеллектуальной коллективной работы, умения излагать свою точку зрения.

Воспитательные:

• воспитание личности, интересующейся важнейшими тенденциями развития планеты, проблемами окружающей среды привлечь внимание учеников к проблеме экономии энергии и энергоресурсов;
• вовлекать школьников в полезную деятельность по энерго- и ресурсосбережению;
• стимулировать интерес учащихся к практическому применению знаний, полученных в школе.

Тип урока: урок применения полученных знаний.

Ход урока

1. Организационный момент

Добрый день, ребята.

В 2017 году «Час Земли» традиционно, в десятый раз, пройдет в России и других странах мира. Кто из вас слышал про эту акцию? Когда она проходит? В чем заключается данная акция?

Главной темой Часа Земли стала экологическая ответственность каждого жителя планеты. Цель глобальной акции Час Земли — привлечь внимание к ограниченности ресурсов нашей планеты, и призвать людей бережно и ответственно относиться к тому, что дает нам природа.

На один час с 20.30 до 21.30 в Москве будет отключена подсветка более 1600 зданий и 14 парков. Очень важно, не просто задать себе вопрос: «Что лично я могу сделать для экономного энергопотребления?», а сделать хотя бы шаг в сторону экологического образа жизни. В рамках акции все желающие на час отключают свет и электрические приборы, чтобы выразить свое бережное отношение к окружающему миру.

1. Мотивация учебной деятельности

Само слово “ЭНЕРГИЯ” — какое-то на первый взгляд нематериальное. Не увидеть, не потрогать! Однако ничто вокруг нас не совершается без участия этой самой энергии.

В данном видеофильме вам напомнили, откуда в наши дома поступает электрическая энергия. Давайте перечислим для каких целей мы ее используем. (ответы учащихся)

Именно поэтому двадцатое столетие принято называть веком электричества. «Электрический прорыв» произошел не столько в производственной сфере электроэнергетики, сколько у потребителей электроэнергии при ее использовании в бытовых процессах.

Процессы производства электроэнергии, которую мы потребляем, наносят урон окружающей среде. Этот урон заставляет нас задуматься над возможностями снижения потребления энергии.

Проблема энергосбережения актуальна не только для наших семей, гимназии, города, страны, но и всего мира. Экономия электроэнергии дает возможность снизить собственные затраты и оказывать меньшее воздействие на окружающую среду.

Энергосбережение представляет собой комплекс мероприятий по сохранению и рациональному использованию электричества и тепла. На сегодняшнем уроке мы хотели бы подробнее рассмотреть вопрос энергосбережения в области экономии электроэнергии.

Итак, как вы сформулируете ключевой вопрос сегодняшнего урока? Тема урока: Электричество. Учимся экономить.

Потребность в энергии постоянно увеличивается. Зачастую в пустующих помещениях горят электрические лампы, бесцельно работают конфорки электроплит, светятся экраны телевизоров. Установлено, что 15-20% потребляемой в быту электроэнергии пропадает из-за небережливости потребителей.

1. Проверка и обсуждение выполнения домашней работы

• На выходные мы дали вам следующее задание: Составить энергетический паспорт квартиры. Для этого необходимо было с родителями заполнить предложенную вам таблицу и рассчитать расходы семьи за использование …..

Название:
Номинация: Школа, Конспект урока,школа, алгебра 8 класс
Авторы:
Золотова Светлана Евгеньевна
учитель математики
Чащина Светлана Юрьевна
Учитель химии
Усанова Виктория Васильевна
Учитель физики

Урок - лекция (физика – 11 класс)

Тема урока «ЧЕЛОВЕЧЕСТВО И ЭНЕРГИЯ»

Цель: рассмотреть пути решения неизбежно надвигающегося глобального энергетического кризиса.

Задачи:

Выделить энергетику - как одно из приоритетных направлений экономического и научно-технического развития России в XXI в.

Рассмотреть альтернативные источники энергии как возможные варианты преодоления энергетического кризиса, выявив их преимущества и недостатки.

Обратить внимание на экологическую составляющую каждого из альтернативных источников энергии.

Учебные вопросы:

Неизбежность глобального энергетического кризиса.

Альтернативные источники энергии:

а) Энергия Солнца;

б) Энергия ветра;

в) Энергия океана;

г) Геотермальная энергия.

3. Что же поможет решить глобальный энергетический кризис?

Ход урока.

Орг.момент.

Постановка проблемы:

Изучение нового материала :

Итоги урока . Рефлексия

Домашнее задание

Ш. Изучение нового материала

Первый учебный вопрос:

Где начало того конца, которым оканчивается начало?

К. Прутков

Еще в 1996 г. премьер-министром России были утверждены приоритетные направления развития отечественной науки и техники, а также критических технологий федерального уровня, определённые правительственной комиссией по научно-технической политике. К ним отнесены направления и технологии, которые признаны наиболее перспективными с точки зрения экономического и научно-технического развития России в XXI в. и которые государство обязуется курировать и финансировать. Список приоритетов таков:

• Фундаментальные исследования;

  Информационные технологии и электроника;

  Производственные технологии;

  Новые материалы и химические продукты;

  Технологии живых систем;

  Транспорт;

  Топливо и энергетика;

  Экология и рациональное природопользование.

Учитывая важность затронутого вопроса, я предлагаю поговорить об одном из перечисленных приоритетов – об энергетике.

Общепризнано, что основным фактором, определяющим развитие материальной культуры, является создание и использование источников энергии. Энергия – это самый главный носитель технического прогресса и повышения жизненного уровня человека.

По данным ООН, современный средний уровень потребления энергии в год на человека составляет порядка 5 кВт на одного человека, существующий уровень наиболее развитых стран – 14 кВт.

Получение, преобразование и консервирование энергии – это фундаментальные процессы, изучаемые различными отраслями наук. Основная закономерность, которую установила физика – закон сохранения энергии. На основании этого закона предсказывается глобальный кризис в получении энергии. Неизбежность глобального энергетического кризиса сейчас полностью осознана, и поэтому энергетическая проблема для науки и техники стала проблемой номер один. В настоящее время в качестве основных энергетических ресурсов используется органическое топливо: нефть, природный газ, уголь, торф. Запасы химической энергии в органическом топливе были накоплены за долгое время существования Земли благодаря биологическим процессам. Поэтому, на основе закона сохранения энергии человечество, если оно не найдет других источников энергии, будет поставлено перед необходимостью ограничения её потребления. А это приведет к снижению уровня материального благосостояния человечества.

Эра энергии полезных органических ископаемых, едва начавшись, вероятнее всего, вскоре и закончится. Можно назвать, по меньшей мере, три причины, подтверждающие этот прогноз:

Количество полезных ископаемых ограничено,

Их использование загрязняет окружающую среду,

Их запасы невосполнимы.

Так, например, считается, что уголь, нефть и газ невозобновляемые источники энергии лишь постольку, поскольку сегодняшний темп их использования в миллионы раз превышает темп образования.

Академик А.Е. Шейндлин считает, что «существует три пути решения глобальных энергетических проблем будущего: нахождение новых источников энергии, более эффективное использование существующих, и наконец, рациональное расходование добытой энергии».

В последнее время повсеместно возрастает внимание к использованию возобновляемых источников энергии: солнечной энергии, энергии ветра, морей и океанов, геотермальному теплу подземных источников, т.е. глубинное тепло Земли.

Строго говоря, гидроэнергетические ресурсы – также разновидность возобновляемых источников энергии. Производство электроэнергии на ГЭС полностью освоено и является широкоразвитым направлением большой энергетики. Если рассматривать в энергетическом плане сток рек всего земного шара, то получится огромная цифра, показывающая, что каждый год мы могли бы использовать без всяких затрат на добычу мощность ГЭС, составляющую 210·10 9 кВт, причем неограниченное число лет.

Однако, экономически целесообразным считается использование электроэнергии мощностью всего 7·10 9 кВт, т.е. приблизительно 3,3% от возможной выработки электроэнергии. Это связано с тем, что запруживание рек с подъемом воды на небольшую высоту обычно экономически не оправдывает себя, в особенности, когда затоплению подлежат плодородные земли, так как приносимый урожай оказывается значительно более ценным, чем получаемая энергия.

Также существует фактор негативного воздействия на окружающую среду – засоление и ощелачивание плодородных земель.

Кроме того, малоизученным последствием строительства плотин ГЭС является, по мнению некоторых сейсмологов и геологов, так называемая «наведенная сейсмичность» в зоне расположения мощных гидроузлов и больших по объему водохранилищ. Влияние самих водохранилищ на локальные климатические условия носит двойственный характер – охлаждающего и отепляющего воздействия. Поэтому, преобразование гидроэнергии в электричество по сравнению с другими видами возобновляемых источников энергии приводит к значительным воздействиям на окружающую среду. Поэтому задача строительства ГЭС сводится к решению с их помощью комплексных проблем: строительство ГЭС целесообразно как для выработки электроэнергии, так и для развития речного судоходства, сельского и рыбного хозяйства, а также вблизи энергоёмких предприятий, которые могли бы использовать дешевую энергию гидростанций без сооружения для этих целей дополнительных линий электропередачи.

Второй учебный вопрос:

Я предлагаю поговорить об освоении вышеперечисленных новых, альтернативных, источников энергии.

а) Солнечная энергия . «Взирая на Солнце, прищурь глаза свои, и ты смело разглядишь на нем пятна» К.Прутков.

Вся солнечная энергия, достигающая поверхности Земли, составляет около 2,2·10 21 Дж в год. Солнечная энергия представляет «вечный» и потенциально огромный источник энергоснабжения, не вносящий каких-либо загрязнений в окружающую среду. Однако известны и недостатки солнечной энергии.

Во-первых, солнечное излучение на поверхности Земли – это источник энергии сравнительно низкой плотности. Так, на уровне моря из-за поглощения, обусловленного водяным паром, озоном и углекислым газом, поток излучения ослабевает примерно до 1000Вт/м 2 . Это обстоятельство заставляет обычно собирать солнечную энергию с достаточно большой площади. Например, чтобы генерировать энергию мощностью 100 МВт, следует снимать электроэнергию с площади в 1кв.км.

Во-вторых, в данном месте солнечное излучение непостоянно по времени суток и подвержено колебаниям в связи с погодными условиями. Из-за этого каждая солнечная энергетическая установка должна иметь либо устройство для аккумулирования энергии, либо дублирующую энергетическую установку, использующую другой источник энергии. Эти недостатки вызывают большие затраты на установку для сбора солнечной энергии.

Типичная солнечная нагревательная система состоит из расположенных на крыше плоских коллекторов. Коллектор представляет собой черную плиту, хорошо изолированную снизу. Сверху плита прикрыта стеклом или пластмассой, которая пропускает свет, но не пропускает инфракрасное тепловое излучение. В пространстве между плитой и стеклом размещают трубопроводы с теплоносителем (вода, масло, воздух и др). Солнечное излучение, проникая через стекло или пластмассу в коллектор, поглощается трубами и плитой и нагревает теплоноситель.

В настоящее время дома, отапливаемые солнцем, строятся во многих странах – Японии, Канаде, Германии, Франции, США и других. Так, в США отопление и кондиционирование за счет солнечной энергии производится в 35% зданий.

Для повышения температуры обогреваемого объекта солнечные установки снабжаются концентраторами солнечного излучения. Концентратор представляет собой совокупность зеркал, собирающих (фокусирующих) солнечные лучи. На этом принципе основана работа так называемых солнечных печей. Крупнейшая в мире солнечная печь сооружена во Франции, в Пиренеях, с тепловой мощностью 1 МВт. Общая площадь зеркал этой печи около 2500 кв.м. в фокусе печи достигается температура порядка 3800° С, в ней можно плавить и обрабатывать самые тугоплавкие вещества.

Главным препятствием для крупномасштабного производства э/энергии на солнечных электростанциях является их высокая расчетная стоимость, которая обусловлена требованием большой площади энергоприемников и их дорогови зной: стоимость 1 кВт установленной мощности составляет в настоящее время 150-300 тыс. руб.

Для прямого преобразования солнечного излучения в электричество используются полупроводниковые фотоэлектропреобразователи (ФЭП). И здесь достигнуты определенные успехи при создании установок специального назначения и небольшой мощности. ФЭП оказались практически незаменимыми источниками электрического тока в космических аппаратах. Полупроводниковые солнечные батареи впервые были установлены на третьем советском искусственном спутнике Земли, запущенном 15 мая 1958г. На Луне более года работал «Луноход-1», питаемый от солнечной батареи. Теперь же панели солнечных батарей стали привычной частью космических аппаратов.

Таким образом, в малых автономных установках, где стоимость не играет решающей роли, излучение Солнца целесообразно использовать уже сейчас.

б) Энергия ветра . «Ветер есть дыхание природы» К. Прутков.

Энергия ветра - это результат тепловых процессов, происходящих в атмосфере планеты. Различие плотностей нагретого и холодного воздуха обуславливают перемещение воздушных масс. Следовательно, первопричина энергии ветра – энергия солнечного излучения, которая высвобождается в одной из своих форм – энергии воздушных течений. Около 2% поступающей на Землю солнечной радиации превращается в энергию ветра.

Ветер – очень большой возобновляемый источник энергии. Его энергию можно использовать почти во всех районах Земли. Предпочтительность применения ветровых электростанций (ВЭС) по экономическим соображениям в сравнении с любыми вариантами, основанными на использовании органического топлива, не вызывает сомнений. Вся потенциально возможная для реализации в течение года энергия ветра по поверхности Земли оценивается в 13·10 12 кВт·ч. Для практического использования реально рассматривать 10-20% этой энергии. Трудность, однако, заключается в очень большой рассеянности энергии ветра и непостоянстве ветра, т.е. в низкой плотности потока энергии.

Ветроэнергия, что очень интересно, – один из наиболее древних источников энергии. Возраст древних ветряных двигателей точно не установлен. Но считают, что такие двигатели появились в 1700 г. до н.э. Энергия ветра широко применялась для привода мельниц и водоподъёмных устройств в глубокой древности в Египте и на Ближнем Востоке. В Европе ветряные мельницы появились в начале ХII в. В Голландии в XVII в. общая мощность ветряных мельниц составляла 50-100 МВт, что с учетом небольшой численности населения представляло собой внушительную цифру: 50-100 кВт·ч механической работы на человека в год.

Ветряные мельницы так и остались бы исторической диковинкой, если бы не энергетический кризис 70-х годов. За последние годы, как в России, так и зарубежных странах вновь наблюдается усиленное внимание к работам по ветроэнергетике. В настоящее время разработано несколько конструкций ветряных двигателей. Типичная воздушная турбина состоит из двух или трёх похожих на пропеллеры роторов, с размахом лопастей 18 м, смонтированных на высокой металлической вышке (или бетонной башне высотой 25 м). Ротор, массой около 8 т, обычно вращается со скоростью, в 5-6 раз превышающей скорость ветра. Установленный на вышке генератор преобразует механическую энергию вращения ротора в электрический ток.

Однако, использование ветряных двигателей имеет несколько проблем:

Двигатель необходимо останавливать, когда ветер ослабевает, и энергетические потери на трение начинают превышать количество энергии, извлекаемой из ветра;

Ветроколесо должно развивать максимальную мощность при любом ветре – от умеренного до сильного;

Если скорость ветра становится слишком большой, воздушная турбина требует автоматического отключения, чтобы избежать перегрузки генератора;

При перемене направления ветра турбина должна поворачиваться таким образом, чтобы наиболее эффективно его использовать.

И, тем не менее, в условиях резкого подорожания топливных ресурсов за рубежом ВЭС становятся все более рентабельными. По экономическим оценкам, выполненным в Массачусетском университете, уже в настоящее время в условиях США можно ожидать одинаковой стоимости производимой энергии на АЭС и ВЭС.

К 1987 году в СССР были созданы опытные ветроэнергетические установки мощностью до 5 МВт. По ряду показателей – надежности, удобству эксплуатации, кпд, экономичности и транспортабельности – они превосходят зарубежные образцы. А вот в ряде районов Крайнего Севера, Европейской части России, Северного Урала, Чукотки, Магаданской области и др. эти ветроэнергетические установки представляются, безусловно, рентабельными. Уже сегодня широкое практическое использование получили автономные установки мощностью всего в единицы, и даже доли киловатта. В основном они предназначены для нужд сельского хозяйства – орошения, вертикального дренажа, электроснабжения автономных потребителей. Использование ВЭС способствует сохранению окружающей среды от загрязнения, что очень существенно с точки зрения экологии.

в) Энергия океана.

Мировой океан занимает 70,8% земной поверхности и поглощает около трёх четвертей солнечной энергии, падающей на землю. Энергия океана – ещё не тронутая кладовая энергетических ресурсов. В числе установок, использующих энергию океана, в настоящее время рассматриваются приливные электростанции, волновые и электростанции морских течений, в которых происходит преобразование механической энергии океана в электрическую. Наличие температурного градиента между верхними и нижними слоями Мирового океана используются в так называемых гидротермальных электростанциях.

Приливные электростанции (ПС) – это новое направление электропроизводства. Морские приливы и отливы представляют собой, как известно, периодические колебания уровня моря, вызываемые силами притяжения главным образом Луны и в меньшей степени Солнца. Когда Солнце, Луна и Земля находятся на одной прямой, то приливная волна максимальна. А в тех случаях, когда угол Луна – Земля – Солнце составляет 90°, приливная волна минимальна. Средняя высота волны на большинстве побережий невелика и достигает всего около 1 метра, однако в некоторых местах у берегов высота приливов может достигать и более 15 метров. Так, например, в Пенжинской губе Охотского моря высота приливной волны составляет 13 м, а на атлантическом побережье Канады (залив Фанди) даже 18 м.

В простейшем варианте принцип действия ПЭС сводится к следующему: во время прилива вода наполняет какой-либо резервуар, а во время отлива вытекает из него, вращая гидравлические турбины. Это так называемая однобассейновая схема ПЭС. Несколько сложнее двухбассейновая ПЭС: в ней энергия производится как во время прилива, так и во время отлива.

Общая мощность приливов всех морей и океанов Земли оценивается в 3·10 9 кВт, что соответствует энергетическому потенциалу почти всех рек мира. Это большая цифра. Однако перспектива сколько-нибудь широкого строительства ПЭС, по мнению ученых, является весьма сомнительной. Это объясняется высокой дороговизной возведения ПЭС, а еще тем, что их использование ограничено немногими географически благоприятно-расположенными районами.

И все же ПЭС построены: это в 1966 г. во Франции, на реке Ранс, мощностью 240 МВт, и в 1968 г. в Советском Союзе Кислогубская ПЭС на побережье Баренцева моря недалеко от г. Мурманска. ПЭС имеют одно значительное преимущество: процесс производства электроэнергии на этих электростанциях является экологически чистым.

К возобновляемым источникам энергии относятся и морские волны. Морские волны порождаются ветром, их энергия определяется состоянием поверхности моря. Средняя волна высотой 3 м несет примерно 90 кВт мощности энергии на 1 м длины фронта волны. Однако практическая реализация данной энергии вызывает большие сложности. В настоящее время запатентован ряд технических решения по преобразованию энергии волн в электрическую. В Японии используется энергия волны для автономного энергоснабжения плавающих буев.

В состоянии подготовки к технической реализации находятся работы по использованию энергии океанических течений для производства электроэнергии. Предполагается в районах относительно сильных течений установить турбины с диаметром рабочего колеса 170 м и длиной ротора 80 м, изготовленные из алюминиевого сплава, с возможным сроком службы не менее 30 лет. Потоки воды океанического течения вращают лопасти турбины, а через систему мультипликаторов, повышающих число оборотов, вращают соединенный с трубой электрогенератор. По оценкам специалистов, стоимость производимой электроэнергии на подобных электростанциях ожидается в 1,8 раза ниже, чем на ТЭС, и в 2,4 раза ниже, чем на АЭС.

В настоящее время уделяется определенное внимание энергетическому использованию температурного градиента различных слоев воды в морях и океанах, то есть созданию гидротермальных электростанций. Экспериментальные образцы автоматической энергетической установки гидротермального типа демонстрировались в Японии и США в 80-х годах 19 века. В США предполагается построить непосредственно гидротермальную электростанцию мощностью 1 МВт, на которую возлагается надежда экономии нефти до 63 тыс. т. в день. Вовлечение огромных ресурсов энергии океанов в энергопроизводство проявится в минимальном отрицательном воздействии на окружающую среду.

г) Геотермальная энергия.

Проблема использования тепла Земли для производства энергии представляет большой интерес. Геотермальная энергия – практически неисчерпаемый источник энергии. Известно, что с увеличением глубины земных слоёв температура повышается. Это приводит к тому, что из недр Земли к её поверхности непрерывно течет тепловой поток значительной мощности, по расчетам в 30 раз больший мощности всех электростанций мира. В настоящее время ведется интенсивное исследование проблемы использования геотермальных ресурсов (подземных запасов горячей воды и пара; источники, связанные с теплотой сухих горных пород) для производства электроэнергии.

Первая успешная попытка использовать тепло Земли для производства электричества была осуществлена в Лордерелло (Италия) в 1904 г., где в паротурбинном цикле стали использовать выходящий из земли сухой пар. Мощность этой ГеоТЭС сейчас составляет 390 МВт.

Сегодня в мире нет ещё достаточно опыта, чтобы надежно оценить все стоимостные показатели геотермальной энергии, но ясно одно, что освоение геотермальных источников связано с весьма большими финансовыми затратами. К тому же, опыт эксплуатации ряда зарубежных ГеоТЭС, в том числе крупнейшей в мире станции «Большие гейзеры» (США, 12,5 МВт), показал, что ряд факторов, связанных с их работой, отрицательно воздействует на окружающую среду. К ним, прежде всего, относится сероводород, содержащийся в паре. Присутствие сероводорода в воздухе создает неприятный запах и может вызвать коррозию оборудования и материалов. В термальных водах растворено много вредных веществ, таких, как мышьяк, селен, ртуть. Сбрасывать такую воду в естественные водоёмы можно далеко не всегда. При обсуждении экологических вопросов использования геотермальных энергоустановок необходимо также помнить, что извлечение больших количеств воды и пара на поверхность может влиять на микроклимат местности, повлечь за собой неустойчивость земной коры и землетрясения. Достаточно радикальным является метод закачки сбросовых вод в непродуктивные скважины. Но такая закачка удорожает эксплуатацию геотермальных месторождений.

И все же работы по изучению проблемы использования геотермальной энергии ведутся во многих странах мира, так как запасы её неистощимы. Кроме того, в отличие от солнечной энергии, которая имеет колебания не только суточные, но и в зависимости от времени года и от погоды, геотермальная энергия может генерироваться непосредственно. Предполагается, что при соответствующем развитии ГеоТЭС, энергия, вырабатываемая ими, будет стоить дешевле энергии, полученной любыми другими путями.

Третий учебный вопрос:

К сожалению, широкомасштабное использование рассмотренных альтернативных источников энергии требует значительных доработок, длительного времени и колоссальных финансовых затрат, и как следствие, - это задача необозримого будущего.

Поэтому, вся надежда на решение глобального энергетического кризиса возлагается на использование ядерной и термоядерной энергетики. Атомная энергетика, как и другие виды энергии, не может быть совершенно чистой и не влиять на окружающую среду. А вот термоядерные реакторы с дейтерий-тритиевым топливом имеют значительные преимущества перед ядерными реакторами с точки зрения, опять-таки, влияния на окружающую среду. Это связано с гораздо менее летучими радиоактивными отходами, меньшей уязвимостью при утечках теплоносителя и других аварийных ситуациях.

Но вопрос эксплуатации термоядерного реактора связан с проблемой управления термоядерной реакции синтеза. Решение данной проблемы связано с большими материальными затратами, на которые не возможно выделить государственные средства ни в одной стране, это под силу только группе государств. И поэтому надежды связывают с коммерческим термоядерным реактором. Когда же он будет? На этот вопрос отвечает академик Е.П.Велихов:

«Я думаю, что для осуществления планового перехода к неисчерпаемому источнику энергии уже в этом, двадцатом, столетии нам следовало бы общими усилиями сделать экспериментальный термоядерный реактор. Это было бы, конечно, существенным шагом вперёд. Мы бы точнее узнали, на что можно рассчитывать и какие дальнейшие усилия нужно прилагать… Не будь международного сотрудничества, результаты были бы беднее… Сейчас мы имеем эскизный проект установки. Ничего подобного в научной практике еще не было, и ни одна страна самостоятельно такого эскизного проекта не могла бы сделать. Субъективно и объективно управляемый синтез – это уникальная область для сотрудничества. К военным целям исследования по магнитному удержанию плазмы отношения не имеют, коммерческой тайной это ещё не стало. Все понимают, что управляемый термоядерный синтез нужен и сотрудничество выгодно всем. И на него надо в дальнейшем опираться. А в одном из своих выступлений академик Л.А. Арцимович сказал, что «проблема управляемой термоядерной реакции будет непременно решена, если у человечества возникнет в ней реальная потребность».

Думается, что такое время уже настало. Но это тема уже для другого разговора.

Итоги урока:

Микротест (предлагается в конце урока для стимулирования ученика быть внимательным на уроке изучения нового материала, для тренировки его памяти.

С утверждениями, представленными ученикам нужно либо согласиться, либо не согласиться (поставить «+» или «-» перед номером каждого утверждения)).

Глобальный энергетический кризис предсказывается законом сохранения электрического заряда.

Чтобы генерировать солнечную энергию, ее следует снимать с огромной площади.

Одна из проблем использования ветряного двигателя: двигатель необходимо останавливать, когда ветер ослабевает, так как это энергетически не выгодно.

Геотермальная энергия – экологически чистый вид энергии.

Решить энергетический кризис поможет ядерная энергетика.

Домашнее задание . Подготовить проекты – презентации по «Альтернативным источникам энергии»

"ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ"

Урок работы в базово-перекрестных группах

Я использую свои знания

и признаю их важность.

Я вкладываю свое понимание

И чувствую себя причастным.

На основе китайского пословица

Цель. Обобщить и систематизировать знания учащихся о различных типах электростанций, принцип их действия, энергетические преобразования; продолжить формировать умения анализировать, сравнивать, делать самостоятельно выводы, работать с научной литературой; воспитывать экономическое и экологическое мышление, умение работать в коллективе, толерантность, стремление к пополнению знаний.

Тип урока. Урок обобщения и систематизации знаний.

Оборудование. Магнитофон, электрический чайник, плакаты со схематическим изображением электростанций разных типов, таблицы для сравнительной характеристики различных типов электростанций, цветные маркеры, дидактический материал с информацией о определенный тип электростанции, атласы «Экономическая и социальная география мира», пронумерованные цветные карточки.

Методические советы. Упражнения, которые учат детей формулировать и высказывать свои мысли, слушать других и принимать решения на основе рациональных размышлений, помогают в учебе демократического образа мышления. Исследования свидетельствуют, что введение методов групповой работы является эффективным для предотвращения отчужденности между учениками. Деление на группы целесообразно сделать на предыдущем уроке, а каждой группе дать домашнее задание найти и обработать материалы о определенный тип электростанции. На занятиях должна преобладать деятельность учащихся, они должны работать с приборами, справочниками, схемами, потому что именно такая деятельность связана с активным мышлением.

Используя новые педагогические методы наряду с традиционными, мы можем помочь ученикам в развитии мышления, одновременно обучая их уважать права других и работать вместе для достижения общей цели. «Знания только тогда знания, когда они добыты усилиями своего ума, а не памятью» (Л. Толстой).

Урок предполагает использование активных методов обучения, в частности, метод работы в базово-перекрестных группах и метод «дерево решений».

Метод базово-перекрестных групп. Учитель проводит разделение на базовые группы, в которых учащиеся прорабатывают материал определенного типа (каждая группа - другой). После этого учитель формирует новые перекрестные группы таким образом, чтобы в их состав входили представители из каждой предыдущей базовой группы. В этих группах ученики обучают друг друга, передавая им знания, полученные в базовых группах.

Деление на группы можно проводить различными способами. Например, раздать учащимся карточки разного цвета, на которых написаны цифры 1, 2, 3, 4, 5, 6. Базовые группы формируются по цветам карточек, перекрестные - за цифрами. Можно на небольших листах бумаги написать символы А1, А2, А3, А4, А5, А6, Б1, Б2,... и т.д. к Е6. Базовые группы формируются по буквам, перекрестные - за цифрами. Количество участников группы не должно превышать 6 человек.

Метод «дерево решений». Каждая группа получает для заполнения таблицы большого формата с нарисованным «деревом решений» проблемы, которая рассматривается) и фломастеры. Во время работы участники группы записывают недостатки и преимущества каждого варианта, а затем принимают решение о путях решения проблемы. После завершения работы представители каждой группы сообщают результаты работы своих групп.

Ход урока

I. Актуализация опорных знаний учащихся

(В классе тихо звучит музыка, на демонстрационном столе стоит электрический чайник, в котором греется вода, над классной доской горит лампа, ученические столы расставлены для работы в группах.)

Учитель. Дорогие друзья, начнем сегодня наш урок необычно. Сначала попьем чаю, а затем будем работать. Наш лаборант уже давно включил электрочайник, и вода вот-вот закипит. (Неожиданно гаснет свет, затихает музыка, выключается чайник. Лаборант подходит к учителю и тихо что-то ему говорит.)

Учитель. Что случилось?

Ученики. Нет тока в сети.

Учитель. Жаль... Не удастся нам сейчас попить чая. А скажите, пожалуйста, откуда берется ток в электрической сети нашего класса, наших квартир?

Ученики. Вырабатывается на электростанциях.

Учитель. Правильно. А какие вы знаете электростанции?

Ученики. ГЭС, ТЭС, АЭС, альтернативные (солнечные, ветряные, приливные, геотермальные, биогазовые).

(Когда ученики называют электростанцию определенного типа, учитель или ассистент вывешивает на доске плакаты со схематическим изображением электростанции этого типа.)

II. Мотивация учебной деятельности

Учитель. Энергия является основой жизни человеческого общества и его прогрессивное развитие связано с непосредственным ростом энергопотребления. Это потребление возросло в течение XX века. более чем в 100 раз, при этом органического топлива было сожжено во много раз больше, чем за все предыдущее время. Какие же перспективы ожидают нас в XXI веке?

Человечество все больше осознает свою ответственность за сохранение окружающей среды, за чистоту нашей планеты. Научно-технический прогресс, повышение комфортности жизни и связанный с ним рост энергопотребления - объективные вещи. Но это не означает, что они должны достигаться любой ценой. Использование только традиционных источников энергии (нефти, газа, ядерного топлива) разрушает и загрязняет землю, водные ресурсы и воздух. Вместе с тем, более 1 кВт на каждый квадратный метр постоянно обеспечивает нам днем свет неисчерпаемого, экологически безупречного и общедоступного природного источника - Солнца. Достижения технологии уже сейчас дают возможность использовать его для выработки электроэнергии, стоимость которой приближается к традиционной. Рядом интенсивно развиваются во многих странах также ветроэнергетика и энергетика биомассы, которые родственны солнечной. Сегодня, несомненно, основной экономической проблемой в мире является энергетический кризис. Социально-экономическое развитие каждой страны, в частности Украины, зависит от состояния его энергетики.

Итак, существуют методы выработки электроэнергии из органического и ядерного топлива (угля, нефти, природного газа, урана) и использования возобновляемых источников энергии (гидравлической, солнечной, ветровой, приливной, геотермальной и других). Каким из них отдать предпочтение? Тема нашего урока - «Энергетика и экология».

III . Обобщение и систематизация знаний

На этом этапе урока мы будем работать таким образом. В предыдущем году мы с вами образовали группы, каждая из которых получила домашнее задание: подготовить сообщение об определенном типе электростанций. Итак, прошу сейчас сесть группами за столы (на столах стоят таблички разного цвета). К сообщениям, которые вы подготовили дома, вы получите еще дополнительную информацию (см. приложение). Ваша задача - обработать этот материал, обсудить его и ответить на следующие вопросы (вопросы написаны на доске или в виде плаката).

1. Какой принцип действия электростанции?

2. Какие энергетические преобразования происходят на данной ЭС?

3. Влияние данной ЭС на экологию?

4. В каких местах преимущественно расположены электростанции данного типа?

На выполнение этой работы отводится 8 минут.

(Пока ученики работают, учитель следит за их работой и при необходимости оказывает помощь.)

Учитель (через 8 мин). Прошу прекратить обсуждение. Дальнейшую нашу работу проводим следующим образом. На ваших цветных карточках написаны различные цифры. Итак, попрошу учеников посмотреть, какая цифра написана на карточке и сесть за стол с соответствующим номером.

Теперь вы должны рассказать друг другу о тот тип ЭС, который выучили в предыдущей группе. Затем заполнить таблицу, которую вы получите, и принять решение: какая из станций является наиболее экономичной и экологичной? На выполнение этого задания отводится 15 минут.

(Через 15 мин. группы вывешивают на доске свои таблицы с закрытым полоской бумаги решением.)

Учитель. Прошу кого-то из членов группы прокомментировать свою таблицу, не зачитывая решение.

(Группы по очереди представляют таблицы. Когда все группы отчитались, учитель открывает все решения и зачитывает их. На основе этих решений ученики делают обобщения, какая электростанция является наиболее экономичной и экологичной.)

Учитель. Следовательно, электрическая энергия - это следствие развития цивилизации. Она дает нам возможность просматривать телепередачи, слушать радио, пользоваться многими устройствами. Но скажите, о чем всегда следует помнить, пользуясь любым достижением цивилизации?

Ученики. О влиянии этих достижений на окружающую среду.

Учитель. Сейчас я хочу предложить один интересный эксперимент. Выясним, кто из вас может отказаться от благ цивилизации ради сохранения окружающей среды. Прошу всех закрыть глаза и поднять руку, кто готов это сделать. Спасибо.

(Учитель оценивает и комментирует работу учащихся, их умение работать с научным материалом, анализировать, делать выводы, отмечает активную работу на уроке, интересные и содержательные сообщения. Задает домашнее задание.)

Приложение

Гидроэлектростанция (ГЭС)

Энергетика - отрасль хозяйства, которая производит энергию - имеет важное Значение для развития экономики, науки и культуры страны. Сейчас значительный удельный вес по выработке электроэнергии имеют механические источники энергии - ГЭС. Впервые человек использовала энергию воды с помощью водяного колеса. В современной ГЭС вода со значительной скоростью устремляется на лопатки турбин. Вода через защитную сетку и регулирующий затвор течет стальным трубопроводом к турбине, над которой установлен генератор. Механическая энергия воды посредством турбины передается генераторам, в которых преобразуется электрическую. После выполнения работы (вращения турбины) вода вытекает в реку тоннелем, постепенно расширяется.

Затраты на строительство ГЭС нешуточные, но они компенсируются тем, что не ведет себя платить (по крайней мере, в явной форме) за источник энергии - воду. Мощность современных ГЭС превышает 100 МВт, а КПД составляет 95%. Такая мощность достигается за незначительных скоростей вращения ротора, поэтому современные гидротурбины поражают своими размерами. Турбина - энергетически очень выгодная машина, поскольку вода легко и просто меняет поступательное движение на вращательное.

Строительство плотины на реке дает возможность создать значительную разницу уровней воды низших и высших от ГЭС вдоль течения реки, то есть между верхним и нижнем бьефах. Иногда эта разница уровней достигает более 100 м. Вода верхнего бьефа падает со значительной высоты на лопасти гидротурбины, вращает ее, а вместе с ней вращает генератор электроэнергии, который соединен с турбиной. Мощность любой ГЭС зависит от разности уровней воды верхнего и нижнего бьефов и от! количества кубометров воды, проходящей за 1 с через лопасти турбин станции: чем она больше, тем мощнее ГЭС.

Одним из принципов гідроелектробудування является максимальное использование И гидроэнергии рек. Согласно этому принципу, на реках строятся не отдельные ГЭС, а каскады таких станций и создаются водохранилища для регулирования годового стока вод. Сток большинства рек неравномерен в течение года. Так, в Днепре в период весеннего паводка, то есть примерно в течение одного месяца, И в море стекала половина всех водных запасов реки, в летние месяцы уровень воды резко снижался. Вследствие этого ГЭС летом работала с половинной мощностью. Создание большого водохранилища возле ГЭС резко изменило положение. Теперь весенние воды Днепра уже не стекают без всякой пользы в море, а сохраняются в водохранилище, а затем планомерно используются в течение года гидростанциями. Это позволило не только увеличить выработку электроэнергии, но и снимать пиковые нагрузки в энергосистеме района размещения ГЭС. Современные ГЭС строят с таким расчетом, чтобы с их помощью комплексно решались задачи выработки электроэнергии, орошения земель, водоснабжения и тому подобное.

Отметим, что ГЭС имеют по крайней мере два преимущества перед ТЭС и АЭС:

1. отсутствие во время работы затрат на топливо, вследствие чего их электроэнергия в 4-8 раз дешевле электроэнергии, производимой на ТЭС и АЭС;

2. гидроэнергия рек, что используется на ГЭС, воспроизводится естественно, а ископаемые энергоресурсы не воспроизводятся.

Гидроэнергетические технологии имеют немало преимуществ, но есть и значительные недостатки. Например, низкие водные ресурсы во время засухи могут серьезно влиять на количество произведенной энергии. Это может стать значительной проблемой там, где гидроэнергия составляет значительную часть в энергетическом комплексе страны; строительство плотин является причиной многих проблем: переселение жителей, заиления водохранилищ, водных споров между соседними странами, значительной стоимости этих проектов. Строительство ГЭС на равнинных реках приводит к затоплению больших территорий. Значительная часть площади водоемов, образующихся, - мелководье. В летнее время за счет солнечной радиации в них активно развивается водная растительность, происходит так называемое «цветение» воды.

Плотины препятствуют миграции рыб. Багатокаскадні ГЭС превращают реки на ряд озер, где возникают болота. В этих реках гибнет рыба, а вокруг них меняется микроклимат, еще больше разрушая природные экосистемы.

Теплоэлектростанция (ТЭС)

Энергия человека издавна была направлена на поиски средств облегчения выполнения необходимых для ее существования работ. Для этого использовались всевозможные инструменты и механизмы, прирученные животные, но только тепловая машина резко расширила возможности человека, ускорила технический прогресс.

Тепловая машина - это система, которая позволяет преобразовать тепловую энергию в другие формы энергии - механическую, электрическую.

На тепловых ЭС энергия, которая выделяется во время сгорания разлых видов топлива - угля, газа, нефти, торфа, горючих сланцев с помощью электрогенераторов, приводимых во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания, преобразуется в электрическую энергию. Большинство современных мощных ТЭС является паротурбінними. В паровой турбине нагретая (до 500-560°С) и сжатая (до 2,4·107 Па) пара выходит из сопла, расширяется. Объем пара возрастает, а давление соответственно падает, при этом потенциальная энергия сжатой пара превращается в кинетическую. Пар выходит из сопла со значительной скоростью, ударяется в лопатки диска турбины, закрепленной на валу, и быстро вращает их, при этом кинетическая энергия пара передается ротору турбины. Вал турбины жестко связан с валом электрогенератора, и поэтому турбина приводит во вращение ротор генератора, вследствие чего и производится электрическая энергия.

Большая часть энергии топлива теряется вместе с горячим (отработанной) парой. Эту отработанную на турбинах горячую пароводяну смесь используют для отопления жилых помещений и производственных нужд, что повышает коэффициент полезного действия тепловых электроцентралей, (ТЭЦ). Следует заметить, что на ТЭЦ 80% энергии сгорания топлива используют эффективно.

Во время сгорания топлива в тепловых двигателях выделяются вредные вещества карбон (IV) оксид, соединения Азота, соединения Свинца, а также выделяется в атмосферу значительное количество теплоты. Кроме того, применение паровых турбин на ТЭС требует отвода больших площадей под пруды, в которых охлаждается отработанный пар. Ежегодно в мире сжигается 5 млрд. тонн угля 13,2 млрд. тонн нефти, это сопровождается выбросом в атмосферу 2·1010 Дж. теплоты. Запасы органического топлива на Земле распределены крайне неравномерно, и при теперешних темпах потребления угля хватит на 150-200 лет, нефти - на 40-50 лет, а газа - примерно на 60 лет. Весь цикл работ, связанных с добычей, транспортировкой и сжиганием органического Топлива (главным образом угля), а также образованием отходов, сопровождается выделением значительного количества химических загрязнителей. Добыча угля связан с значительным засолением водных резервуаров, куда сбрасываются воды из шахт. Кроме этого, в воде, откачиваемой, содержатся изотопы Радия и Радон. ТЭС, хотя и имеет современные системы очистки продуктов сжигания угля, выбрасывает за год в атмосферу по разным оценкам от 10 до 120 тыс. тонн оксидов серы, 2-20 тыс. тонн оксидов Азота. Кроме того, образуется более 300 тыс. тонн золы, которая содержит около 400 т токсичных металлов (мышьяка, кадмия, свинца).

Можно отметить, что ТЭС, работающая на угле, выбрасывает в атмосферу больше радиоактивных веществ, чем АЭС такой же мощности. Это связано с выбросом различных радиоактивных элементов, содержащихся в угле в виде вкраплений (радий, торий, полоний и др). Для количественной оценки воздействия радиации вводится понятие «коллективная доза», т. е. произведение значения дозы на количество населения, которое подверглось воздействию радиации (он выражается в человеко-зівертах). Оказалось, что в начале 90-х годов прошлого века ежегодная коллективная доза облучения населения Украины за счет тепловой энергетики составляла 767 чел зв. и за счет атомной - 188 чел зв.

В наше время в атмосферу ежегодно выбрасывается 20-30 млрд. тонн оксида Углерода. Прогнозы свидетельствуют, что при сохранении таких темпов в будущем к середине века средняя температура на Земле может повыситься на несколько градусов, что приведет к непредвиденным глобальных климатических изменений.

Сравнивая экологическую действие различных энергоисточников, необходимо учесть их влияние на здоровье человека. Высокий риск для работников в случае использования угля связан с его добычей в шахтах, транспортировкой и с экологическим воздействием продуктов его сжигания. Последние две причины касаются нефти и газа и влияют на все население. Установлено, что глобальное влияние выбросов от сжигания угля и нефти на здоровье людей действует примерно так же, как авария типа Чернобыльской, что повторяется раз в год. Это - «тихий Чернобыль», последствия которого непосредственно невидимые, но постоянно влияют на экологию. Концентрация токсичных примесей в химических отходах стабильная, и в конце концов все они перейдут в экосферу.

Атомная электростанция (АЭС)

Основа атомной энергетики - атомные электростанции, преобразующие ядерную энергию в электрическую. АЭС используют теплоту, выделяющееся в ядерном реакторе в результате цепной реакции деления ядер тяжелых элементов, преимущественно 235U , 238U , 239Pb . Затем, как и на обычных ТЭС, тепловая энергия превращается в электрическую. При конечном делении 1 г изотопа урана или плутония высвобождается примерно 22,5 МВт час. энергии, что равноценно энергии 2,8 т условного топлива.

Принцип работы АЭС такой: ядерный реактор, защищенный бетоном, содержит цилиндры (стержни), внутри которых находится уран. Урановые стержни-блоки находятся в воде, которая одновременно является и замедлителем, и теплоносителем. Вода находится под большим давлением и поэтому может быть нагрета до очень высокой температуры (около 300°С). Такая горячая вода из верхней части активной зоны реактора поступает по трубопроводам в парогенератор (который также наполнен водой, которая испаряется), охлаждается и возвращается по трубопроводу в реактор. Насыщенный пар из парогенератора через трубопровод поступает в паровую турбину и после отработки возвращается обратно другим трубопроводом. Турбина вращает электрический генератор, ток от которого поступает в распределительное устройство, а затем - во внешнюю электрическую цепь. Ход цепной реакции регулируется стержнями из веществ, которые хорошо поглощают нейтроны.

От ввода в действие первой АЭС прошло более 45 лет. За это время в технике АЭС произошли серьезные изменения: резко возросли мощности ядерных реакторов, повысились технико-экономические показатели АЭС. Сейчас для районов, удаленных от ресурсов химического топлива, себестоимость 1 кВт час. для АЭС меньше, чем для тепловых электростанций. Поэтому, несмотря на несколько более высокую стоимость оборудования для АЭС, их общие экономические показатели в этих условиях, лучше, чем для тепловых электростанций. Запасов ядерного топлива в энергетическом эквиваленте в сотни раз больше, чем органического. АЭС практически не выделяют в атмосферу химических загрязнителей. Если за их нормальной работой понимать такой режим эксплуатации, при котором дополнительная доза облучения от станции не превышает значений флуктуаций естественного фона, то, как правило, это условие соблюдается. В целом реальный радиационное воздействие АЭС на природную среду значительно (в 10 и более раз) меньше допустимого. Если учесть экологическую действие различных энергоисточников на здоровье людей, то среди не возобновляемых источников энергии риск от АЭС, которые нормально работают, минимальный как для работников, деятельность которых связана с различными этапами ядерного топливного цикла, так и для населения. Глобальный радиационный вклад атомной энергетики на всех этапах ядерного топливного цикла в настоящее время составляет около 0,1% естественного фона и не превысит 1% даже за интенсивного ее развития в будущем.

Добыча и переработка урановых руд также связаны с неблагоприятной экологической действием. Но главной проблемой остается захоронение высокоактивных отходов. Объем особо опасных радиоактивных отходов составляет около одной стотысячной части общего количества отходов, среди которых высокотоксичные химические элементы и их устойчивые соединения. Разрабатываются методы их концентрации, надежного связывания и размещения в устойчивых геологических формациях, где по расчетам специалистов, они могут удерживаться на протяжении тысячелетий.

Серьезным недостатком атомной энергетики является радиоактивность используемого топлива и продуктов его деления. Это требует создания защиты от различного типа радиоактивного излучения, что значительно повышает стоимость энергии, которую вырабатывают АЭС. Кроме этого, еще одним недостатком АЭС является тепловое загрязнение воды, то есть ее нагрева.

Интересно отметить, что, по данным группы английских медиков, лица, которые работали в течение 1946-1988 гг. на предприятиях британской ядерной промышленности, живут в среднем дольше, а уровень смертности среди них от всех причин, включая рак, значительно ниже. Если учитывать реальные уровни радиации и Концентрации химических веществ в атмосфере, то можно утверждать, что влияние последних на флору в целом достаточно значительный по сравнению с воздействием радиации.

Приведенные данные свидетельствуют, что при нормальной работы энергетических установок экологическое воздействие атомной энергетики в десятки раз ниже, чем тепловой.

Неисправимым бедствием для Украины остается Чернобыльская трагедия. Но она больше касается того социального строя, который ее породил, чем атомной энергетики.

Альтернативные электростанции

Рост масштабов использования электрической энергии, обострение проблем охраны окружающей среды значительно активизировали поиски экологически чистых способов выработки электроэнергии. Интенсивно разрабатываются способы использования топливной возобновляемой энергии - солнечной, ветряной, геотермальной, энергии волн, приливов и отливов, энергии биогаза и тому подобное. Источники этих видов энергии - неисчерпаемы, но нужно разумно оцени, смогут ли они удовлетворить все потребности человечества.

Ветровые электростанции (ВЭС)

По оценкам различных авторов, общий ветроэнергетический потенциал Земли составляет 1200 ТВт, однако возможности использования этого вида энергии в различных районах Земли неодинаковы. Новейшие исследования направлены преимущественно на выработку электрической энергии за счет энергии ветра. Строятся ВЭС преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину - генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций. Широкому применению ветроэлектрических агрегатов в обычных условиях пока препятствует их высокая себестоимость. При использовании ветра возникает серьезная проблема:

избыток энергии в ветреную погоду и недостаток ее в период безветрия. Использование энергии ветра осложняется тем, что ветер имеет малую плотность энергии, а также изменяется его сила и направление. Ветроустановки, как правило, используют в тех местах, где хороший ветровой режим. Для создания ветроустановок большой мощности необходимо, чтобы ветродвигатель имел большие размеры, кроме того, воздушный винт нужно поднять на достаточную высоту, поскольку на большей высоте ветер более устойчивый и имеет большую скорость. Только одна электростанция, работающая на органическом топливе, может заменить (по количеству произведенной энергии тысячи ветряных турбин. В Украине лучшие условия для сооружения ВЭС есть в Крыму.

Энергия приливов и отливов

Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление - ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Энергия приливов огромна, ее суммарная мощность на Земле составляет около 1 млрд. кВт, что больше суммарной мощности всех рек мира.

Принцип действия приливных электростанций очень простой. Во время прилива вода, вращая ротор гидротурбины, заполняет водоем, а после отлива она из водоема выходит в океан, снова вращая ротор турбины. Главное - найти удобное место для установки плотины, в котором высота прилива была бы значительной. Строительство и эксплуатация электростанций на море - сложная задача. Морская вода вызывает коррозию большинства металлов, детали установок обрастают водорослями. В Украине условий для использования энергии приливов и отливов нет.

Энергия Солнца

Тепловой поток солнечного излучения, которое достигает Земли, очень большой. Он более чем в тысячи раз превышает суммарное использование всех видов топливно-энергетических ресурсов в мире.

Среди преимуществ солнечной энергии - исключительная экологическая чистота. Солнечная энергия поступает на всю поверхность Земли, только полярные районы планеты страдают от ее недостатка. То есть практически на всем земном шаре только облака и ночь мешают пользоваться ею постоянно. Такая общедоступность делает этот вид энергии невозможным для монополизации, в отличие от нефти и газа. Конечно, стоимость 1 кВт час. солнечной энергии значительно выше, чем полученная традиционным методом. Лишь пятая часть солнечного света преобразуется в электрический ток, но эта доля все растет благодаря усилиям ученых и инженеров.

Поскольку энергия солнечного излучения распределена по большой площади (иными словами, имеет низкую плотность), любая установка для прямого использования солнечной энергии должна иметь а собирающий устройство с достаточной поверхностью. Простейшее устройство такого рода - плоский коллектор - черная плита, хорошо изолированная снизу.

Она прикрыта стеклом или пластмассой, которая пропускает свет, но не пропускает инфракрасное тепловое излучение. В пространстве между плитой и стеклом чаще всего размещают черные трубки, в которых течет вода, масло, воздух, оксид серы (IV) и тому подобное. Солнечные лучи, проникая через стекло или пластмассу в коллектор, поглощается черными трубками и плитой и нагревает рабочее вещество в трубках. Тепловое излучение не может выйти из коллектора, поэтому температура в нем значительно выше (на 200-3000С), чем температура окружающего воздуха. В этом проявляется так называемый парниковый эффект. Более сложным коллектором, стоимость которого значительно выше, есть вгнуте зеркало, которое сосредоточивает падающее излучение в малом объеме около определенной геометрической точки - фокуса. Благодаря специальным механизмам коллекторы такого типа постоянно повернуты к Солнцу. Это дает возможность собирать значительное количество солнечных лучей. Температура в рабочем пространстве зеркальных коллекторов достигает 3000°С и выше. Существуют электростанции несколько иного типа. По мнению специалистов, наиболее привлекательной идеей относительно преобразования солнечной энергии является использование фотоэлектрического эффекта в полупроводниках. Однако поверхность солнечных батарей для обеспечения достаточной мощности должна быть довольно значительной (для суточного выработки 500 МВ необходима поверхность площадью 500000 м2), что достаточно дорого. Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемких видов производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а, следовательно, в трудовых ресурсах для добычи сырья, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Эффективность солнечных электростанций в районах, удаленных от экватора, довольно мала через неустойчивые атмосферные условия, относительно слабую интенсивность солнечной радиации, а также ее колебания, обусловленные чередованием дня и ночи.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергетика использует высокие температуры недр земной коры для выработки тепловой энергии. В некоторых местах Земли, особенно на краю тектонических плит, теплота выходит на поверхность в виде горячих источников - гейзеров и вулканов. В других областях подводные горячие источники протекают сквозь подземные пласты, и эту теплоту можно использовать через системы теплообмена. Исландия является примером страны, где широко используется геотермальная энергия.

Биогаз. Биотехнология

Сейчас разработаны технологии, которые дают возможность добывать горючие газы из биологического сырья в результате химической реакции распада высокомолекулярных соединений на низкомолекулярные за счет деятельности особых бактерий (которые принимают участие в реакции без доступа кислорода из воздуха).

Схема реакции: биомасса + бактерии => горючие газы + другие газы + удобрения.

Биомасса - это отходы сельскохозяйственного производства (животноводства, перерабатывающей промышленности). Основным сырьем для производства биогаза является навоз, который доставляют на биогазовую станцию. Главным продуктом биогазовой станции является смесь горючих газов (90% в смеси составляет метан). Эту смесь поставляют на электростанции.

Возобновляемые источники (кроме энергии воды, что падает) имеют общий недостаток: их энергия очень слабо сконцентрирована, а это создает немалые трудности для практического использования. Стоимость возобновляемых источников (не считая ГЭС) значительно выше, чем традиционных. Как солнечная, так и ветровая и другие виды энергии, могут успешно использоваться для выработки электроэнергии в диапазоне мощностей от нескольких до десятков киловатт. Но эти виды энергии неперспективные для создания мощных промышленных энергоисточников.