Людина народилася бути паном, повелителем, царем природи,
але мудрість, з якою він повинен правити, не дала йому від народження:
вона купується вченням.

Н.И.Лобачевский

Для багатьох поняття - фізика і екологія - здаються несумісними. Адже фізика, впровадження її результатів в промисловість представляються як один з найголовніших джерел забруднення довкілля. Енергетика, атомна промисловість, і багато інших галузей, широко використовують досягнення фізики, негативно впливають на навколишнє середовище.

Існують різні тлумачення терміна «екологія». Екологія як самостійна наука відноситься до науки біологічним, та й сам термін «екологія» був запропонований німецьким біологом-еволюціоністів Е. Геккелем. Поряд з таким «біологічним» розумінням екології в сучасному суспільстві існує поняття «екологія» як уявлення про рівень техногенного забруднення навколишнього середовища.

Нове розуміння екології виникло на основі теорії термодинаміки відкритих систем і є найбільш «фізичним». Це розуміння екології можна знайти в роботах А.А. Богданова, В.І. Вернадського. Богданов ще на початку XX століття висловив думку про те, що закони організації повинні діяти не тільки в живій, а й неживої природи.

Пророк ХХ століття В. І. Вернадський на початку 30-х років, коли на зміну фізики Ньютона, зароджувалася нова квантова фізика, писав, що «людина - це квантова система, людина - це космос в мініатюрі».

сьогодні сучасна наукова картина світу будується на основі фізичних законів природи, яка повинна відображати і враховувати наростаючі екологічні проблеми. Впливу діяльності людей на навколишній світ, стало настільки тісним, що вторгнення людини в природу вже не може бути хаотичним і безмежним. Все це повинно певним чином регулюватися, або в іншому випадку цивілізація виявиться перед екологічною катастрофою.

Вирішення екологічних проблем у величезній мірі залежить від постановки екологічної освіти і виховання підростаючого поколінь. Учні повинні добре знати закони природи, розуміти взаємозв'язок природних явищ, уміти передбачати і оцінювати наслідки втручання в природний плин різних процесів.

У середній загальноосвітній школі екологічна освіта носить міждисциплінарний характер і входить в утримання багатьох предметів: природознавства, географії, біології, хімії, фізики та ін. І як самостійний курс в нашій школі не ведеться, тому необхідно максимально використовувати аспекти екології на уроках всіх дисциплін та в позаурочний час. Вважають, що питаннями екології в школі повинні займатися вчителя біології та географії. Напевно, саме тому в процесі становлення шкільної екологічної освіти фізика виявилася далеко не в перших рядах.

Але досвід роботи вчителем в школі показав, що великий внесок в справу екологічної освіти можуть внести і викладачі фізики. На перший погляд здається, що інтереси фізики та екології суперечливі. Адже екологія вивчає взаємозв'язки в природі, а фізика - це наука, яка лежить в основі науково-технічного прогресу і вносить порушення в

численні природні взаємодії. Однак не можна забувати, що «фізика» в перекладі з грецького означає «природа». Я вважаю, що необхідно використовувати фізику як інструмент збереження навколишнього середовища.

Сьогодні навчальний процес з фізики дуже напружений. Для зв'язку предмета екології з фізикою, необхідно визначити які ж види знань екологічного характеру повинні увійти в зміст даної дисципліни.

Визначити обсяг екологічної інформації в будь-якому предметі досить складне питання. Його конкретне рішення залежить від рівня професійної підготовки вчителя, від часу, яке можна відвести в ході уроку на елементи екології.

Але є і такі уроки фізики, які цілком можна присвятити цілком вивченню проблем екології:

Вивчення теплових двигунів;

При вивченні теми енергетичних ресурсів;

Кругообіг води в природі;

атмосфера;

повітроплавання;

Ядерна фізика та ін.

Успішна реалізація можливостей екологічної освіти учнів може бути досягнута при здійсненні всіх форм навчання: урочна і позаурочна робота, курси за вибором, Факультативні заняття, рішення фізичних завдань з екологічним змістом, дослідницька робота учнів по екології і т.д.

До кінця другого тисячоліття людство вступило в світ складних взаємозалежностей і глобальних екологічних проблем. Стрімкий і наростаюче втручання людини в природні співтовариства зумовило реальну загрозу існуванню навколишнього нас середовища. Сьогодні в числі основних турбот жителів Землі - проблеми екології.

Виховання людини, здатного жити в гармонії з природою - найважливіше завдання школи. Учні повинні усвідомити думку про те, що закони природи пізнаються не тільки з метою їх застосування на благо людей, а й для того, щоб людина не порушував гармонії навколишнього його світу.

Важливо зміцнити таку життєву позицію: недбале, безвідповідальне ставлення до природи аморально; почуття цінності, навколишнього нас природи збагачує духовний світ людини, піднімає його моральні принципи. Адже, за словами письменника С. П. Залигіна, «ставлення людини до навколишнього середовища - це вже і сама людина, його характер, його філософія, його душа, його ставлення до інших людей».

Головна \ документи \ Для вчителя фізики

При використанні матеріалів цього сайту - і розміщення банера -обов'язковість !!!

Інтегрований урок (фізика + екологія) по темі: "Речовина - без якого неможливе життя"

Урок фізики.

Сьогодні на уроці ми з Вами працюємо над міні-проектом - Вода. Екологічні аспекти водних екосистем.

Мета нашої роботи - уточнення значення води для життя живих організмів, її вплив і вплив навколишнього середовища на воду і відповідно на життя. Приступаємо до роботи.

Щоб правильно відповісти на питання уроку необхідно уважно ознайомитися зі змістом теоретичного матеріалу. Всі питання уроку відносяться саме до тієї частини яка передувала йому.

Якщо який-небудь питання викликало утруднення ще раз уважно перечитай теорію.

Спочатку з'ясуємо, як впливає вода ні живі організми, її значення в нашому житті, згадаємо її фізико-хімічні характеристики та як вони пов'язані з цим впливом.

Охорона природи - це не тільки загально державне завдання, а й справа всього народу. Думаючи про майбутнє, людина повинна дбайливо і з любов'ю ставитися до природи сьогодні і в першу чергу до її водних ресурсів.

Сьогодні на уроці ми повторимо, що ми знаємо про воду і спробуємо відповісти на питання.

Чому ж так необхідно піклуватися про стан водних екосистем?

Які екологічні проблеми відчувають окремі екосистеми?

Які шляхи їх вирішення вже знайдені?

А так же спробуєте запропонувати свої шляхи вирішення цих проблем.

Вода грає велику роль в нашому житті. Що б робило людство без води, навіть важко уявити. Мабуть, воно просто б не існувало. З водою на нашій планеті пов'язані не тільки життя і клімат, але і робота більшості галузей народного господарства, особливо водного транспорту. Вода є найбагатшим джерелом енергії - це гідроенергія річок, енергія припливів, геотермальна і термоядерна енергія.

Саме завдяки воді в природі виникають цікаві і найрізноманітніші явища, такі, як веселка, гало, Сулою, вінці, "шепіт зірок" та інші.

Деякі люди пов'язують з ними різні забобони та прикмети. Але вчені розгадали і знайшли пояснення цим загадковим явищам природи. Причиною деяких з них є вода, її пари і лід.

Воді належить величезна роль в природі. Справді, адже саме море стало першою ареною життя на Землі.

Розчинені в морській воді аміак і вуглеводи в контакті з деякими мінералами при досить високому тиску і впливі потужних електричних розрядів могли забезпечити утворення білкових речовин, на основі яких в подальшому були створені найпростіші організми.

На думку К. Е. Ціолковського, водне середовище сприяла запобіганню тендітних і недосконалих спочатку організмів від механічного пошкодження. Суша і атмосфера стали згодом другий ареною життя.

Можна сказати, що все живе складається з води і органічних речовин. Без води людина, наприклад, міг би прожити не більше 2-3 днів, без поживних же речовин він може жити кілька тижнів.

Для забезпечення нормального існування людина повинна вводити в організм води приблизно в 2 рази більше за вагою, ніж поживних речовин.

Втрата організмом людини більше 10% води може привести до смерті.

В середньому в організмі рослин і тварин міститься більше 50% води, в тілі медузи її до 96, в водоростях 95-99, в суперечках і насінні від 7 до 15%.

У грунті знаходиться не менше 20% води, в організмі ж людини вода становить близько 65% (в тілі новонародженого до 75, у дорослого 60%).

Різні частини людського організму містять неоднакову кількість води: склоподібне тіло ока складається з води на 99%, в крові її міститься 83, в жировій тканині 29, у кістяку 22 і навіть в зубної емалі 0,2%.

У первинної водної оболонці земної кулі води було набагато менше, ніж тепер (не більше 10% від загальної кількості води в водоймах і річках в даний час). Додаткова кількість води з'явилося в наслідку в результаті звільнення води, що входить до складу земних надр.

За розрахунками фахівців, у складі мантії Землі води міститься в 10-12 разів більше, ніж у Світовому океані. При середній глибині в 4 км Світовий океан покриває близько 71% поверхні планети і містить 97,6% відомих нам світових запасів вільної води.

Річки та озера містять 0,3% світових запасів вільної води.

Великими сховищами вологи є і льодовики, в них зосереджено до 2,1% світових запасів води. Якби всі льодовики розтанули, то рівень води на Землі піднявся б на 64 м, а значить, близько 1/8 поверхні суші було б затоплено водою.

В епоху заледеніння Європи, Канади та Сибіру товщина крижаного покриву в гірських місцевостях досягала 2 км, В даний час внаслідок потепління клімату Землі поступово відступають кордону льодовиків. Це обумовлює повільне підвищення рівня води в океанах.

Близько 86% водяної пари надходить в атмосферу за рахунок випаровування з поверхні морів і океанів і тільки 14% за рахунок випаровування з поверхні суші. У підсумку в атмосфері концентрується 0,0005% загального запасу вільної води. Кількість водяної пари в складі приземного повітря мінливе. При особливо сприятливих умовах випаровування з підстильної поверхні воно може досягати 2%.

Незважаючи на це, кінетична енергія руху води в морях становить не більше 2% від кінетичної енергії повітряних течій. Відбувається це тому, що більше третини сонячного тепла, що поглинається Землею, витрачається на випаровування і переходить в атмосферу. Крім того, значна кількість енергії надходить в атмосферу за рахунок поглинання проходить через неї сонячного випромінювання і відображення цього випромінювання від земної поверхні.

Минулий же через водну поверхню промениста енергія Сонця і небесного зводу зменшується в інтенсивності наполовину вже у верхньому півметра води внаслідок сильного поглинання в інфрачервоній частині спектра.

Дуже велике значення в житті природи має ту обставину, що найбільша щільність у води спостерігається при температурі 4 ° С. При охолодженні прісних водойм взимку, в міру зниження температури поверхневих шарів більш щільні маси води опускаються вниз, а на їх місце піднімаються знизу теплі і менш щільні.

Так відбувається до тих пір, поки вода в глибинних шарах не досягне температури 4 ° С. При цьому конвекція припиняється, так як внизу буде знаходитися важча вода. Подальше охолодження води відбувається тільки з поверхні, чим і пояснюється утворення льоду в поверхневому шарі водойм. Завдяки цьому під льодом не припиняється життя, тому що водоймище не промерзає повністю.

1. Що таке конвекція?

Вертикальне перемішування морської води здійснюється за рахунок дії вітру, припливів і зміни щільності по висоті. Вітрове перемішування води відбувається в напрямку зверху вниз, приливна - від низу до верху. Плотностное перемішування виникає за рахунок охолодження поверхневих вод. Вітрове і приливна перемішування поширюються на глибину до 50 м, на великих глибинах може позначатися дію тільки плотностного перемішування. Розчинений у воді повітря багате киснем, що сприяє розвитку в ній життєвих процесів.

2. У яких водах риб більше в холодних або в теплих?

Вода має велику питому теплоємність і маленьку теплопровідність, що також грає велику роль для життя в ній живих організмів.

3. Визначити на скільки градусів зміниться температура води, якщо температура повітря, такої ж маси, зміниться на 10 градусів.

Висока теплоємність води впливає і на клімат земної кулі.

4. Клімат островів більш поміркований і рівніше, ніж клімат великих материків. Чому?

Вода чинить більший опір, ніж повітря. Це пов'язано з тим, що вона має велику щільність. З високою щільністю води пов'язано і високий тиск. Пристосуванням до різного тиску в шарах води можна пояснити і форму тіла риб.

5. Як відрізняється форма тіла ската і ляща і чому?

Серед присутніх на Землі рідин поверхневий натяг води поступається тільки ртуті. Істотну роль в житті рослин відіграють і оптичні властивості водяної пари. Водяна пара сильно поглинає інфрачервоні промені, що важливо для запобігання грунту від заморозків. Ще більш дієвим засобом від заморозків є випадання роси і утворення туману.

6. Чому?

7. Розрахувати яка кількість теплоти виділитися при конденсації водяної пари обсягом 100 куб.м.

Знаючи фізичні властивості води і льоду, чоловік давно використовує їх у своїй практичній діяльності.

8. Чим можна пояснити прокладку голих електричних проводів по льоду?

9. Яке море може служити еталоном прозорості води?

Молекула води складається з двох атомів водню і одного атома кисню. Вода є універсальним розчинником.

10. Як називається вода, в якій розчинено менше 1 г мінеральних речовин на 1 л.

11.Найдіте масу цієї води.

12. Як називають воду з великим вмістом гіпсу, вапна?

13. Чому раки живуть тільки в жорсткій воді?

Підіб'ємо підсумок першої частини нашого уроку.

14. Перерахуйте основні фізико-хімічні властивості води. Як вони впливають на життя живих організмів?

Вплив води на життя живих організмів ми з Вами повторили. Тепер Ви приступаєте до другої частини своєї роботи: Вам треба з'ясувати як життя, а точніше людина впливає на стан води і як це позначається на довкіллі та на людину. Оскільки з водою живі організми отримують розчинені в ній речовини, то її найважливішою характеристикою є її якість, яке різко погіршується в результаті забруднення. На уроці екології ви будете говорити про види забруднення води і підготуєте тези для прес-конференції "Екологічні проблеми водних екосистем".

Урок екології.

На уроці фізики ви говорили про значення води для життя живих організмів. Які фізичні та хімічні властивості води впливають на якість життя в ній організмів? Ми з вами вже знаємо, що ємність океану, як природного безмежного очищувача не безмежна, що вода є ідеальним розчинником, і відповідно до неї в наш організм потрапляють не тільки корисні, але й шкідливі речовини. Так як відбувається забруднення вод. Оскільки ефектом самоочищення мають лише прикордонні шари води, які становлять не більше 2-3% Світового океану, його екосистеми вже не в змозі справлятися з забрудненням, що викликають їх деградацію. Врятувати водні екосистеми ця одна з найважливіших завдань. Ваше завдання на цьому уроці знайти інформацію, підготувати тези для пресконференції і скласти карту "Екологічного стану водних екосистем". Пошуком інформації ми будемо займатися по групах. Завдання для кожної групи дані на дошці. Підсумком нашої роботи має стати найбільш повне відображення картини "Екологічного стану водних екосистем" на сьогоднішній момент, а домашнє завдання це вироблення Ваших пропозицій щодо поліпшення стану водних екосистем і моніторинг стану Кузьмінський ставків. Ознайомтеся з планом роботи на уроці.

Група шукає інформацію в Інтернет	Група працює з великою енциклопедією Кирила і Мефодія (CD-ROM)	Група працює з журналом «Екологія і життя» та енциклопедіями
1. Увійти в пошукову систему Рубрикон. 2. Знайти нужнуюенціклопедію 3. Знайти дані про морях і озерах. 5. Увійти в пошукову систему Яндекс 6. Знайти інформацію по екологічним проблемам морів і способи її вирішення. 7. Увійти в пошукову систему Апорт і користуючись розширеним пошуком знайти інформацію. 8. Скласти тези до прес-конференції 9. Слід зазначити на контурній карті, Використовуючи програму Photoshop райони забруднення, пов'язані з забрудненням водних	1. Використовуючи матеріал енциклопедії знайти інформацію по екологічному стану річок та озер, їх характеристики. 2. Відзначити на контурній карті, використовуючи програму Photoshop, райони забруднення, пов'язані з забрудненням водних екосистем. 3. Скласти тези до прес-конференції і завдання для використання на уроках фізики. 4. Повідомити про результати своєї роботи викладачеві по E -mail:	1.Іспользуя журнали та енциклопедії знайти потрібну інформацію. 2.Составіть тези до прес-конференції і матеріал під рубрикою «Цікаві факти» для використання на уроках біології в формате.doc. 3.Відправити свої роботи в формате.zip вчителю по E -mail: 4.Отметіть на контурній карті райони забруднення, пов'язані з забрудненням водних екосистем.

При складанні карти зверніть увагу на те, що жодна енциклопедія Вам не дасть повністю карту або інформацію. для правильного складання карти Вам треба застосувати знання з фізики, географії, екології та біології.

Нагадую ваше домашнє завдання. Виробити свої пропозицій щодо поліпшення стану водних екосистем, з урахуванням отриманої інформації, і провести моніторинг стану прилеглих озер.

Назва:
номінація:
автори:
Золотова Світлана Євгенівна
учитель математики
Чащина Світлана Юріївна
Вчитель хімії
Усанова Вікторія Василівна
Вчитель фізики
Місце роботи: ГБОУ Гімназія № тисяча п'ятсот шістьдесят дві ім. Артема Боровика р Москви
Місцезнаходження: м Москва

Інтегрований урок з математики, фізики, екології

Інтегрований урок розрахований на учнів 8 класу і розкриває зв'язок математики, фізики з екологією нашої планети на прикладі вирішення економічних завдань екологічного змісту.

Цілі і завдання:

освітні:

• викликати в учнів мотиви енергозберігаючого поведінки;
• формування компетентності в сфері самостійної пізнавальної діяльності;
• формувати вміння і навички вирішувати математичні завдання економічного змісту.

Розвиваючі:

• сприяти розвитку творчих здібностей, умінь працювати з навчальною інформацією, Аналізувати; порівнювати;
• продовжити розвиток навичок інтелектуальної колективної роботи, вміння викладати свою точку зору.

виховні:

• виховання особистості, яка цікавиться найважливішими тенденціями розвитку планети, проблемами навколишнього середовища привернути увагу учнів до проблеми економії енергії та енергоресурсів;
• залучати школярів до корисну діяльність з енерго- та ресурсозбереження;
• стимулювати інтерес учнів до практичного застосування знань, отриманих в школі.

Тип уроку: урок застосування отриманих знань.

Хід уроку

1. організаційний момент

Добрий день, хлопці.

У 2017 році «Година Землі» традиційно, в десятий раз, пройде в Росії та інших країнах світу. Хто з вас чув про цю акцію? Коли вона проходить? У чому полягає ця акція?

Головною темою Години Землі стала екологічна відповідальність кожного жителя планети. Мета глобальної акції Година Землі - привернути увагу до обмеженості ресурсів нашої планети, і закликати людей дбайливо і відповідально ставитися до того, що дає нам природа.

На одну годину з 20.30 до 21.30 в Москві буде вимкнене освітлення понад 1600 будівель і 14 парків. Дуже важливо, не просто поставити собі питання: «Що особисто я можу зробити для економного енергоспоживання?», А зробити хоча б крок в сторону екологічного способу життя. В рамках акції всі бажаючі на годину відключають світло та електричні прилади, щоб висловити своє дбайливе ставлення до навколишнього світу.

1. Мотивація навчальної діяльності

Саме слово "ЕНЕРГІЯ" - якесь на перший погляд нематеріальне. Чи не побачити, не приторкнутися! Однак ніщо навколо нас не відбувається без участі цієї самої енергії.

В даному відеофільмі вам нагадали, звідки в наші будинки надходить електрична енергія. Давайте перерахуємо для яких цілей ми її використовуємо. (Відповіді учнів)

Саме тому двадцяте сторіччя прийнято називати століттям електрики. «Електричний прорив» відбувся не стільки у виробничій сфері електроенергетики, скільки у споживачів електроенергії при її використанні в побутових процесах.

Процеси виробництва електроенергії, яку ми споживаємо, завдають шкоди навколишньому середовищу. Цей шкоди змушує нас замислитися над можливостями зниження споживання енергії.

Проблема енергозбереження актуальна не тільки для наших сімей, гімназії, міста, країни, але і всього світу. Економія електроенергії дає можливість знизити власні витрати і надавати менший вплив на навколишнє середовище.

Енергозбереження є комплексом заходів по збереженню і раціональному використанню електрики і тепла. На сьогоднішньому уроці ми хотіли б докладніше розглянути питання енергозбереження в області економії електроенергії.

Отже, як ви сформулюєте ключове питання сьогоднішнього уроку? Тема урока: Електрика. Вчимося економити.

Потреба в енергії постійно збільшується. Найчастіше в порожніх приміщеннях горять електричні лампи, безцільно працюють конфорки електроплит, світяться екрани телевізорів. Встановлено, що 15-20% споживаної в побуті електроенергії пропадає через небережлівості споживачів.

1. Перевірка та обговорення виконання домашньої роботи

• На вихідні ми дали вам наступне завдання: Скласти енергетичний паспорт квартири. Для цього необхідно було з батьками заповнити запропоновану вам таблицю і розрахувати витрати сім'ї за використання ... ..

Назва:
номінація: Школа, Конспект уроку, школа, алгебра 8 клас
автори:
Золотова Світлана Євгенівна
учитель математики
Чащина Світлана Юріївна
Вчитель хімії
Усанова Вікторія Василівна
Вчитель фізики

Урок - лекція (Фізика - 11 клас)

Тема уроку «Людство І ЕНЕРГІЯ»

мета: розглянути шляхи вирішення неминуче насувається глобальної енергетичної кризи.

завдання:

Виділити енергетику - як один із пріоритетних напрямків економічного і науково-технічного розвитку Росії в XXI ст.

Розглянути альтернативні джерела енергії як можливі варіанти подолання енергетичної кризи, виявивши їх переваги та недоліки.

Звернути увагу на екологічну складову кожного з альтернативних джерел енергії.

Навчальні питання:

Неминучість глобальної енергетичної кризи.

Альтернативні джерела енергії:

а) Енергія Сонця;

б) Енергія вітру;

в) Енергія океану;

г) Геотермальна енергія.

3. Що ж допоможе вирішити глобальна енергетична криза?

Хід уроку.

Орг.момент.

Постановка проблеми:

Вивчення нового матеріалу :

підсумки уроку . рефлексія

Домашнє завдання

Ш. Вивчення нового матеріалу

Перший навчальний питання:

Де початок того кінця, яким закінчується початок?

К. Прутков

Ще в 1996 р прем'єр-міністром Росії були затверджені пріоритетні напрямки розвитку вітчизняної науки і техніки, а також критичних технологій федерального рівня, певні урядовою комісією з науково-технічної політики. До них віднесені напрямки і технології, які визнані найбільш перспективними з точки зору економічного і науково-технічного розвитку Росії в XXI ст. і які держава зобов'язується курирувати і фінансувати. Список пріоритетів такий:

• Фундаментальні дослідження;

  Інформаційні технології та електроніка;

  Виробничі технології;

  Нові матеріали і хімічні продукти;

  Технології живих систем;

  транспорт;

  Паливо та енергетика;

  Екологія і раціональне природокористування.

З огляду на важливість порушеного питання, я пропоную поговорити про одне з перерахованих пріоритетів - про енергетику.

Загальновизнано, що основним фактором, що визначає розвиток матеріальної культури, є створення і використання джерел енергії. Енергія - це найголовніший носій технічного прогресу і підвищення життєвого рівня людини.

За даними ООН, сучасний середній рівень споживання енергії в рік на людину становить близько 5 кВт на одну людину, існуючий рівень найбільш розвинених країн - 14 кВт.

Отримання, перетворення та консервування енергії - це фундаментальні процеси, що вивчаються різними галузями наук. Основна закономірність, яку встановила фізика - закон збереження енергії. На підставі цього закону передбачається глобальна криза в отриманні енергії. Неминучість глобальної енергетичної кризи зараз повністю усвідомлена, і тому енергетична проблема для науки і техніки стала проблемою номер один. В даний час в якості основних енергетичних ресурсів використовується органічне паливо: нафта, природний газ, вугілля, торф. Запаси хімічної енергії в органічному паливі були накопичені за довгий час існування Землі завдяки біологічним процесам. Тому, на основі закону збереження енергії людство, якщо воно не знайде інших джерел енергії, буде поставлено перед необхідністю обмеження її споживання. А це призведе до зниження рівня матеріального добробуту людства.

Ера енергії корисних органічних копалин, ледь розпочавшись, найімовірніше, незабаром і закінчиться. Можна назвати, щонайменше, три причини, які підтверджують цей прогноз:

Кількість корисних копалин обмежена,

Їх використання забруднює навколишнє середовище,

Їх запаси непоправні.

Так, наприклад, вважається, що вугілля, нафта і газ поновлювані джерела енергії лише остільки, оскільки сьогоднішній темп їх використання в мільйони разів перевищує темп освіти.

Академік А.Є. Шейндлін вважає, що «існує три шляхи вирішення глобальних енергетичних проблем майбутнього: знаходження нових джерел енергії, більш ефективне використання існуючих, і нарешті, раціональне витрачання видобутої енергії».

В останнім часом повсюдно зростає увага до використання поновлюваних джерел енергії: сонячної енергії, Енергії вітру, морів і океанів, геотермальному тепла підземних джерел, тобто глибинне тепло Землі.

Строго кажучи, гідроенергетичні ресурси - також різновид відновлюваних джерел енергії. Виробництво електроенергії на ГЕС повністю освоєно і є шірокоразвітим напрямком великої енергетики. Якщо розглядати в енергетичному плані стік річок всієї земної кулі, то вийде величезна цифра, що показує, що кожен рік ми могли б використовувати без всяких витрат на видобуток потужність ГЕС, складову 210 х 10 9 кВт, причому необмежену кількість років.

Однак, економічно доцільним вважається використання електроенергії потужністю всього 7 х 10 9 кВт, тобто приблизно 3,3% від можливої \u200b\u200bвироблення електроенергії. Це пов'язано з тим, що запруживания річок з підйомом води на невелику висоту зазвичай економічно не виправдовує себе, особливо, коли затоплення підлягають родючі землі, так як принесений урожай виявляється значно більш цінним, ніж одержувана енергія.

Також існує фактор негативного впливу на навколишнє середовище - засолення та залуження родючих земель.

Крім того, маловивченим наслідком будівництва гребель ГЕС є, на думку деяких сейсмологів і геологів, так звана «наведена сейсмічність» в зоні розташування потужних гідровузлів і великих за обсягом водосховищ. Вплив самих водосховищ на локальні кліматичні умови носить двоїстий характер - охолоджуючого і отепляющее впливу. Тому, перетворення гідроенергії в електрику в порівнянні з іншими видами поновлюваних джерел енергії призводить до значних впливів на навколишнє середовище. Тому завдання будівництва ГЕС зводиться до вирішення з їх допомогою комплексних проблем: будівництво ГЕС доцільно як для вироблення електроенергії, так і для розвитку річкового судноплавства, сільського та рибного господарства, а також поблизу енергоємних підприємств, які могли б використовувати дешеву енергію гідростанцій без споруди для цих цілей додаткових ліній електропередачі.

Другий навчальний питання:

Я пропоную поговорити про освоєння вищеперелічених нових, альтернативних, джерел енергії.

а) Сонячна енергія . «Дивлячись на Сонце, примруживши очі свої, і ти сміливо розгледиш на ньому плями» К.Прутков.

Вся сонячна енергія, що досягає поверхні Землі, складає близько 2,2 × 10 21 Дж на рік. Сонячна енергія являє «вічний» і потенційно величезний джерело енергопостачання, що не вносить будь-яких забруднень в навколишнє середовище. Однак відомі й недоліки сонячної енергії.

По-перше, сонячне випромінювання на поверхні Землі - це джерело енергії порівняно низької щільності. Так, на рівні моря через поглинання, зумовленого водяною парою, озоном і вуглекислим газом, Потік випромінювання слабшає приблизно до 1000Вт / м 2. Ця обставина змушує зазвичай збирати сонячну енергію з досить великої площі. Наприклад, щоб генерувати енергію потужністю 100 МВт, слід знімати електроенергію з площі в 1кв.км.

По-друге, в даному місці сонячне випромінювання не постійно за часом доби і піддається коливанням у зв'язку з погодними умовами. Через це кожна сонячна енергетична установка повинна мати або пристрій для акумулювання енергії, або дублюючу енергетичну установку, яка використовує інше джерело енергії. Ці недоліки викликають великі витрати на установку для збору сонячної енергії.

Типова сонячна нагрівальна система складається з розташованих на даху плоских колекторів. Колектор являє собою чорну плиту, добре ізольовану знизу. Зверху плита прикрита склом або пластмасою, яка пропускає світло, але не пропускає інфрачервоне теплове випромінювання. У просторі між плитою і склом розміщують трубопроводи з теплоносієм (вода, масло, повітря та ін). Сонячне випромінювання, проникаючи через скло або пластмасу в колектор, поглинається трубами і плитою і нагріває теплоносій.

В даний час вдома, опалювальні сонцем, будуються в багатьох країнах - Японії, Канаді, Німеччині, Франції, США та інших. Так, в США опалення та кондиціювання за рахунок сонячної енергії виробляється в 35% будівель.

Для підвищення температури обігрівається об'єкта сонячні установки забезпечуються концентраторами сонячного випромінювання. Концентратор являє собою сукупність дзеркал, які збирають (фокусирующих) сонячні промені. На цьому принципі заснована робота так званих сонячних печей. Найбільша в світі сонячна піч споруджена у Франції, в Піренеях, з тепловою потужністю 1 МВт. Загальна площа дзеркал цієї печі близько 2500 кв.м. у фокусі печі досягається температура близько 3800 ° С, в ній можна плавити і обробляти самі тугоплавкі речовини.

Головною перешкодою для великомасштабного виробництва е / енергії на сонячних електростанціях є їх висока розрахункова вартість, яка обумовлена \u200b\u200bвимогою великої площі енергопріемніков і їх дорогов іспека; вартість 1 кВт встановленої потужності становить в даний час 150-300 тис. руб.

Для прямого перетворення сонячного випромінювання в електрику використовуються напівпровідникові фотоелектропреобразователі (ФЕП). І тут досягнуто певних успіхів при створенні установок спеціального призначення і невеликої потужності. ФЕП виявилися практично незамінними джерелами електричного струму в космічних апаратах. Напівпровідникові сонячні батареї вперше були встановлені на третьому радянському штучному супутнику Землі, запущеному 15 травня 1958р. На Місяці понад рік працював «Місяцехід-1», що живиться від сонячної батареї. Тепер же панелі сонячних батарей стали звичною частиною космічних апаратів.

Таким чином, в малих автономних установках, де вартість не грає вирішальної ролі, випромінювання Сонця доцільно використовувати вже зараз.

б) Енергія вітру . «Вітер є подих природи» К. Прутков.

Енергія вітру - це результат теплових процесів, що відбуваються в атмосфері планети. Різниця щільності нагрітого і холодного повітря обумовлюють переміщення повітряних мас. Отже, першопричина енергії вітру - енергія сонячного випромінювання, яка вивільняється в одній зі своїх форм - енергії повітряних течій. Близько 2% надходить на Землю сонячної радіації перетворюється в енергію вітру.

Вітер - дуже великий поновлюване джерело енергії. Його енергію можна використовувати майже в усіх районах Землі. Перевагу застосування вітрових електростанцій (ВЕС) з економічних міркувань в порівнянні з будь-якими варіантами, заснованими на використанні органічного палива, не викликає сумнівів. Вся потенційно можлива для реалізації протягом року енергія вітру по поверхні Землі оцінюється в 13 х 10 12 кВт · год. Для практичного використання реально розглядати 10-20% цієї енергії. Труднощі, однак, полягає в дуже великий неуважності енергії вітру і непостійність вітру, тобто в низької щільності потоку енергії.

Вітроенергією, що дуже цікаво, - один з найбільш древніх джерел енергії. Вік найдавніших вітряних двигунів точно не встановлено. Але вважають, що такі двигуни з'явилися в 1700 р до н.е. Енергія вітру широко застосовувалася для приводу млинів і водопідйомних пристроїв в далекій давнині в Єгипті і на Близькому Сході. В Європі вітряки з'явилися на початку XII ст. У Голландії в XVII в. загальна потужність вітряних млинів становила 50-100 МВт, що з урахуванням невеликої чисельності населення являло собою значну цифру: 50-100 кВт · год механічної роботи на людину в рік.

Вітряки так і залишилися б історичної дивиною, якщо б не енергетична криза 70-х років. за останні роки, Як в Росії, так і зарубіжних країнах знову спостерігається посилена увага до робіт з вітроенергетики. В даний час розроблено декілька конструкцій вітряних двигунів. Типова повітряна турбіна складається з двох або трьох схожих на пропелери роторів, з розмахом лопатей 18 м, змонтованих на високій металевій вишці (або бетонної вежі висотою 25 м). Ротор, масою близько 8 т, зазвичай обертається зі швидкістю, в 5-6 разів перевищує швидкість вітру. Встановлений на вишці генератор перетворює механічну енергію обертання ротора в електричний струм.

Однак, використання вітряних двигунів має кілька проблем:

Двигун необхідно зупиняти, коли вітер слабшає, і енергетичні втрати на тертя починають перевищувати кількість енергії, що витягується з вітру;

Вітроколесо має розвивати максимальну потужність при будь-якому вітрі - від помірного до сильного;

Якщо швидкість вітру стає занадто великий, повітряна турбіна вимагає автоматичного відключення, щоб уникнути перевантаження генератора;

При зміні напрямку вітру турбіна повинна повертатися таким чином, щоб найбільш ефективно його використовувати.

І, тим не менш, в умовах різкого подорожчання паливних ресурсів за кордоном ВЕС стають все більш рентабельними. За економічними оцінками, виконаним в Массачусетському університеті, вже в даний час в умовах США можна очікувати однакової вартості виробленої енергії на АЕС і ВЕС.

До 1987 року в СРСР були створені дослідні вітроенергетичні установки потужністю до 5 МВт. По ряду показників - надійності, зручності експлуатації, ккд, економічності і транспортабельність - вони перевершують зарубіжні зразки. А ось в ряді районів Крайньої Півночі, Європейської частини Росії, Північного Уралу, Чукотки, Магаданської області та ін. Ці вітроенергетичні установки представляються, безумовно, рентабельними. Уже сьогодні широке практичне використання отримали автономні установки потужністю всього в одиниці, і навіть частки кіловата. В основному вони призначені для потреб сільського господарства - зрошення, вертикального дренажу, електропостачання автономних споживачів. Використання ВЕС сприяє збереженню навколишнього середовища від забруднення, що дуже істотно з точки зору екології.

в) Енергія океану.

Світовий океан займає 70,8% земної поверхні і поглинає близько трьох чвертей сонячної енергії, що падає на землю. Енергія океану - не зачеплена комора енергетичних ресурсів. У числі установок, що використовують енергію океану, в даний час розглядаються приливні електростанції, хвильові і електростанції морських течій, в яких відбувається перетворення механічної енергії океану в електричну. Наявність температурного градієнта між верхніми і нижніми шарами Світового океану використовуються в так званих гідротермальних електростанціях.

Приливні електростанції (ПС) - це новий напрямок електропроізводства. Морські припливи і відливи являють собою, як відомо, періодичні коливання рівня моря, що викликаються силами тяжіння головним чином Місяця і в меншій мірі Сонця. Коли Сонце, Місяць і Земля знаходяться на одній прямій, то приливна хвиля максимальна. А в тих випадках, коли кут Місяць - Земля - \u200b\u200bСонце становить 90 °, приливна хвиля мінімальна. Середня висота хвилі на більшості узбереж невелика і досягає всього близько 1 метра, проте в деяких місцях біля берегів висота припливів може досягати і більш 15 метрів. Так, наприклад, в Пенжинской губі Охотського моря висота приливної хвилі становить 13 м, а на атлантичному узбережжі Канади (затока Фанді) навіть 18 м.

У найпростішому варіанті принцип дії ПЕС зводиться до наступного: під час приливу вода наповнює будь-якої резервуар, а під час відливу випливає з нього, обертаючи гідравлічні турбіни. Це так звана однобассейновая схема ПЕС. Дещо складніше двухбассейновая ПЕС: в ній енергія виробляється як під час припливу, так і під час відливу.

Загальна потужність припливів всіх морів і океанів Землі оцінюється в 3 х 10 9 кВт, що відповідає енергетичному потенціалу майже всіх річок світу. Це велика цифра. Однак перспектива скільки-небудь широкого будівництва ПЕС, на думку вчених, є вельми сумнівною. Це пояснюється високою дорожнечею зведення ПЕС, а ще тим, що їх використання обмежене деякими географічно сприятливо-розташованими районами.

І все ж ПЕС побудовані: це в 1966 році у Франції, на річці Ранс, потужністю 240 МВт, і в 1968 р в Радянському Союзі Кислогубская ПЕС на узбережжі Баренцевого моря недалеко від м Мурманська. ПЕС мають одну значну перевагу: процес виробництва електроенергії на цих електростанціях є екологічно чистим.

До поновлюваних джерел енергії відносяться і морські хвилі. Морські хвилі породжуються вітром, їх енергія визначається станом поверхні моря. Середня хвиля заввишки 3 м несе приблизно 90 кВт потужності енергії на 1 м довжини фронту хвилі. Однак практична реалізація цієї енергії викликає великі труднощі. В даний час запатентований ряд технічних рішення по перетворенню енергії хвиль в електричну. В Японії використовується енергія хвилі для автономного енергопостачання плаваючих буїв.

У стані підготовки до технічної реалізації знаходяться роботи по використанню енергії океанічних течій для виробництва електроенергії. Передбачається в районах щодо сильних течій встановити турбіни з діаметром робочого колеса 170 м і довжиною ротора 80 м, виготовлені з алюмінієвого сплаву, з можливим терміном служби не менше 30 років. Потоки води океанічної течії обертають лопаті турбіни, а через систему мультиплікаторів, що підвищують число обертів, обертають з'єднаний з трубою електрогенератор. За оцінками фахівців, вартість виробленої електроенергії на подібних електростанціях очікується в 1,8 рази нижче, ніж на ТЕС, і в 2,4 рази нижче, ніж на АЕС.

В даний час приділяється певна увага енергетичного використання температурного градієнта різних шарів води в морях і океанах, тобто створення гідротермальних електростанцій. Експериментальні зразки автоматичної енергетичної установки гидротермального типу демонструвалися в Японії і США в 80-х роках 19 століття. У США передбачається побудувати безпосередньо гідротермальних електростанцію потужністю 1 МВт, на яку покладається надія економії нафти до 63 тис. Т. В день. Залучення величезних ресурсів енергії океанів в енерговиробництво проявиться в мінімальному негативному впливі на навколишнє середовище.

г) Геотермальна енергія.

Проблема використання тепла Землі для виробництва енергії становить великий інтерес. Геотермальна енергія - практично невичерпне джерело енергії. Відомо, що зі збільшенням глибини земних шарів температура підвищується. Це призводить до того, що з надр Землі до її поверхні безперервно тече тепловий потік значної потужності, за розрахунками в 30 разів більший потужності всіх електростанцій світу. В даний час ведеться інтенсивне дослідження проблеми використання геотермальних ресурсів (підземних запасів гарячої води і пари; джерела, пов'язані з теплотою сухих гірських порід) для виробництва електроенергії.

Перша успішна спроба використовувати тепло Землі для виробництва електрики була здійснена в Лордерелло (Італія) в 1904 р, де в паротурбінному циклі стали використовувати що виходить із землі сухої пар. Потужність цієї ГеоТЕС зараз становить 390 МВт.

Сьогодні в світі немає ще достатньо досвіду, щоб надійно оцінити всі вартісні показники геотермальної енергії, але ясно одне, що освоєння геотермальних джерел пов'язано з досить великими фінансовими витратами. До того ж, досвід експлуатації ряду зарубіжних ГеоТЕС, в тому числі найбільшої в світі станції «Великі гейзери» (США, 12,5 МВт), показав, що ряд факторів, пов'язаних з їх роботою, негативно впливає на навколишнє середовище. До них, перш за все, відноситься сірководень, що міститься в парі. Присутність сірководню в повітрі створює неприємний запах і може викликати корозію обладнання та матеріалів. У термальних водах розчинено багато шкідливих речовин, таких, як миш'як, селен, ртуть. Скидати таку воду в природні водойми можна далеко не завжди. Під час обговорення екологічних питань використання геотермальних енергоустановок необхідно також пам'ятати, що витяг великих кількостей води і пара на поверхню може впливати на мікроклімат місцевості, спричинити за собою нестійкість земної кори і землетруси. Досить радикальним є метод закачування скидних вод в непродуктивні свердловини. Але така закачування здорожує експлуатацію геотермальних родовищ.

І все ж роботи по вивченню проблеми використання геотермальної енергії ведуться в багатьох країнах світу, так як запаси її невичерпні. Крім того, на відміну від сонячної енергії, яка має коливання не тільки добові, але і в залежності від пори року і від погоди, геотермальна енергія може генеруватися безпосередньо. Передбачається, що при відповідному розвитку ГеоТЕС, енергія, що виробляється ними, буде коштувати дешевше енергії, отриманої будь-якими іншими шляхами.

Третій навчальний питання:

На жаль, широкомасштабне використання розглянутих альтернативних джерел енергії вимагає значних доопрацювань, тривалого часу і колосальних фінансових витрат, і як наслідок, - це завдання неозорого майбутнього.

Тому, вся надія на рішення глобальної енергетичної кризи покладається на використання ядерної і термоядерної енергетики. Атомна енергетика, як і інші види енергії, не може бути абсолютно чистою і не впливати на навколишнє середовище. А ось термоядерні реактори з дейтерій-тритієвого паливом мають значні переваги перед ядерними реакторами з точки зору, знову-таки, впливу на навколишнє середовище. Це пов'язано з набагато менш летючими радіоактивними відходами, меншою вразливістю при витоках теплоносія та інших аварійних ситуаціях.

Але питання експлуатації термоядерного реактора пов'язаний з проблемою управління термоядерної реакції синтезу. Рішення даної проблеми пов'язано з великими матеріальними витратами, на які неможливо виділити державні кошти ні в одній країні, це під силу тільки групі держав. І тому надії пов'язують з комерційним термоядерним реактором. Коли ж він буде? На це питання відповідає академік Є. П. Веліхов:

«Я думаю, що для здійснення планового переходу до невичерпного джерела енергії вже в цьому, двадцятому, столітті нам слід було б спільними зусиллями зробити експериментальний термоядерний реактор. Це було б, звичайно, істотним кроком вперед. Ми б точніше дізналися, на що можна розраховувати і які подальші зусилля потрібно докладати ... Не будь міжнародного співробітництва, результати були б біднішими ... Зараз ми маємо ескізний проект установки. Нічого подібного в науковій практиці ще не було, і жодна країна самостійно такого ескізного проекту не могла б зробити. Суб'єктивно і об'єктивно керований синтез - це унікальна область для співпраці. До військових цілях дослідження по магнітному утриманню плазми відношення не мають, комерційною таємницею це ще не стало. Всі розуміють, що керований термоядерний синтез потрібен і співпраця вигідна всім. І на нього треба в подальшому спиратися. А в одному зі своїх виступів академік Л.А. Арцимович сказав, що «проблема керованої термоядерної реакції буде неодмінно вирішена, якщо у людства виникне в ній реальна потреба».

Здається, що таке час уже настав. Але це тема вже для іншої розмови.

Підсумки уроку:

Мікротест (Пропонується в кінці уроку для стимулювання учня бути уважним на уроці вивчення нового матеріалу, для тренування його пам'яті.

З твердженнями, представленими учням потрібно або погодитися, або не погодитися (поставити «+» або «-» перед номером кожного твердження)).

Глобальна енергетична криза передбачається законом збереження електричного заряду.

Щоб генерувати сонячну енергію, її слід знімати з величезною площі.

Одна з проблем використання вітряного двигуна: двигун необхідно зупиняти, коли вітер слабшає, тому що це енергетично невигідно.

Геотермальна енергія - екологічно чистий вид енергії.

Вирішити енергетична криза допоможе ядерна енергетика.

Домашнє завдання . Підготувати проекти - презентації по «Альтернативним джерелам енергії»

"ЕНЕРГЕТИКА І ЕКОЛОГІЯ"

Урок роботи в базово-перехресних групах

Я використовую свої знання

і визнаю їх важливість.

Я вкладаю своє розуміння

І відчуваю себе причетним.

На основі китайського прислів'я

Мета. Узагальнити і систематизувати знання учнів про різні типи електростанцій, принцип їх дії, енергетичні перетворення; продовжити формувати вміння аналізувати, порівнювати, робити самостійно висновки, працювати з науковою літературою; виховувати економічне і екологічне мислення, вміння працювати в колективі, толерантність, прагнення до поповнення знань.

Тип уроку. Урок узагальнення і систематизації знань.

Устаткування. Магнітофон, електричний чайник, плакати зі схематичним зображенням електростанцій різних типів, таблиці для порівняльної характеристики різних типів електростанцій, кольорові маркери, дидактичний матеріал з інформацією про певний тип електростанції, атласи «Економічна і соціальна географія світу», пронумеровані кольорові картки.

Методичні поради. Вправи, які вчать дітей формулювати і висловлювати свої думки, слухати інших і приймати рішення на основі раціональних міркувань, допомагають в навчанні демократичного способу мислення. Дослідження свідчать, що введення методів групової роботи є ефективним для запобігання відчуженості між учнями. Розподіл на групи доцільно зробити на попередньому уроці, а кожній групі дати домашнє завдання знайти і обробити матеріали про певний тип електростанції. На заняттях повинна переважати діяльність учнів, вони повинні працювати з приладами, довідниками, схемами, тому що саме така діяльність пов'язана з активним мисленням.

Використовуючи нові педагогічні методи поряд з традиційними, ми можемо допомогти учням у розвитку мислення, одночасно навчаючи їх поважати права інших і працювати разом для досягнення спільної мети. «Знання тільки тоді знання, коли вони здобуті зусиллями свого розуму, а не пам'яттю» (Л. Толстой).

Урок передбачає використання активних методів навчання, зокрема, метод роботи в базово-перехресних групах і метод «дерево рішень».

Метод базово-перехресних груп. Учитель повинен розподілити на базові групи, в яких учні працюють над матеріалом певного типу (кожна група - інший). Після цього вчитель формує нові перехресні групи таким чином, щоб до їх складу входили представники з кожної попередньої базової групи. У цих групах учні навчають один одного, передаючи їм знання, отримані в базових групах.

Розподіл на групи можна проводити різними способами. Наприклад, роздати учням картки різного кольору, на яких написані цифри 1, 2, 3, 4, 5, 6. Базові групи формуються за кольорами карток, перехресні - за цифрами. Можна на невеликих аркушах паперу написати символи А1, А2, А3, А4, А5, А6, Б1, Б2, ... і т.д. до Е6. Базові групи формуються по буквах, перехресні - за цифрами. Кількість учасників групи не повинна перевищувати 6 осіб.

Метод «дерево рішень». Кожна група отримує для заповнення таблиці великого формату з намальованим «деревом рішень» проблеми, яка розглядається) і фломастери. Під час роботи учасники групи записують недоліки і переваги кожного варіанта, а потім приймають рішення про шляхи вирішення проблеми. Після завершення роботи представники кожної групи повідомляють результати роботи своїх груп.

Хід уроку

I. Актуалізація опорних знань учнів

(В класі тихо звучить музика, на демонстраційному столі стоїть електричний чайник, в якому гріється вода, над класною дошкою горить лампа, учнівські столи розставлені для роботи в групах.)

Учитель. Дорогі друзі, почнемо сьогодні наш урок незвично. Спочатку поп'ємо чаю, а потім будемо працювати. Наш лаборант вже давно включив електрочайник, і вода ось-ось закипить. (Несподівано гасне світло, затихає музика, вимикається чайник. Лаборант підходить до вчителя і тихо щось йому каже.)

Учитель. Що трапилося?

Учні. Немає струму в мережі.

Учитель. Шкода ... Не вдасться нам зараз попити чаю. А скажіть, будь ласка, звідки береться струм в електричної мережі нашого класу, наших квартир?

Учні. Виробляється на електростанціях.

Учитель. Правильно. А які ви знаєте електростанції?

Учні. ГЕС, ТЕС, АЕС, альтернативні (сонячні, вітряні, приливні, геотермальні, біогазові).

(Коли учні називають електростанцію певного типу, вчитель або асистент вивішує на дошці плакати зі схематичним зображенням електростанції цього типу.)

II. Мотивація навчальної діяльності

Учитель. Енергія є основою життя людського суспільства і його прогресивний розвиток пов'язано з безпосереднім зростанням енергоспоживання. Це споживання зросло протягом XX століття. більш ніж в 100 разів, при цьому органічного палива було спалено у багато разів більше, ніж за весь попередній час. Які ж перспективи очікують нас у XXI столітті?

Людство все більше усвідомлює свою відповідальність за збереження навколишнього середовища, за чистоту нашої планети. Науково-технічний прогрес, підвищення комфортності життя і пов'язане з ним зростання енергоспоживання - об'єктивні речі. Але це не означає, що вони повинні досягатися за всяку ціну. Використання тільки традиційних джерел енергії (нафти, газу, ядерного палива) руйнує і забруднює землю, водяні ресурси і повітря. Разом з тим, більше 1 кВт на кожний квадратний метр постійно забезпечує нам удень світло невичерпного, екологічно бездоганного і загальнодоступного природного джерела - Сонця. Досягнення технології вже зараз дають можливість використовувати його для вироблення електроенергії, вартість якої наближається до традиційної. Поруч інтенсивно розвиваються в багатьох країнах також вітроенергетика і енергетика біомаси, які споріднені сонячної. Сьогодні, без сумніву, основною економічною проблемою в світі є енергетична криза. Соціально-економічний розвиток кожної країни, зокрема України, залежить від стану його енергетики.

Отже, існують методи вироблення електроенергії з органічного та ядерного палива (вугілля, нафти, природного газу, урану) і використання поновлюваних джерел енергії (гідравлічної, сонячної, вітрової, приливної, геотермальної та інших). Яким з них віддати перевагу? Тема нашого уроку - «Енергетика та екологія».

III. Узагальнення і систематизація знань

На цьому етапі уроку ми будемо працювати таким чином. У попередньому році ми з вами утворили групи, кожна з яких отримала домашнє завдання: підготувати повідомлення про певний тип електростанцій. Отже, прошу зараз сісти групами за столи (на столах стоять таблички різного кольору). До повідомлень, які ви підготували вдома, ви отримаєте ще додаткову інформацію (див. Додаток). Ваше завдання - обробити цей матеріал, обговорити його і відповісти на наступні питання (питання написані на дошці або в вигляді плаката).

1. Який принцип дії електростанції?

2. Які енергетичні перетворення відбуваються на даній ЕС?

3. Вплив даної ЕС на екологію?

4. В яких місцях переважно розташовані електростанції даного типу?

На виконання цієї роботи відводиться 8 хвилин.

(Поки учні працюють, учитель стежить за їх роботою і при необхідності надає допомогу.)

Учитель (через 8 хв). Прошу припинити обговорення. Подальшу нашу роботу проводимо наступним чином. На ваших кольорових картках написані різні цифри. Отже, попрошу учнів подивитися, яка цифра написана на картці і сісти за стіл з відповідним номером.

Тепер ви повинні розповісти один одному про той тип ЕС, який вивчили в попередній групі. Потім заповнити таблицю, яку ви отримаєте, і прийняти рішення: яка зі станцій є найбільш економічною і екологічною? На виконання цього завдання відводиться 15 хвилин.

(Через 15 хв. Групи вивішують на дошці свої таблиці з закритим смужкою паперу рішенням.)

Учитель. Прошу когось із членів групи прокоментувати свою таблицю, що не зачитуючи рішення.

(Групи по черзі представляють таблиці. Коли всі групи прозвітували, вчитель відкриває всі рішення і зачитує їх. На основі цих рішень учні роблять узагальнення, яка електростанція є найбільш економічною і екологічною.)

Учитель. Отже, електрична енергія - це наслідок розвитку цивілізації. Вона дає нам можливість переглядати телепередачі, слухати радіо, користуватися багатьма пристроями. Але скажіть, про що завжди слід пам'ятати, користуючись будь-яким досягненням цивілізації?

Учні. Про вплив цих досягнень на навколишнє середовище.

Учитель. Зараз я хочу запропонувати один цікавий експеримент. З'ясуємо, хто з вас може відмовитися від благ цивілізації заради збереження навколишнього середовища. Прошу всіх закрити очі і підняти руку, хто готовий це зробити. Дякую.

(Учитель оцінює і коментує роботу учнів, їх вміння працювати з науковим матеріалом, аналізувати, робити висновки, зазначає активну роботу на уроці, цікаві та змістовні повідомлення. Задає домашнє завдання.)

прикладна програма

Гідроелектростанція (ГЕС)

Енергетика - галузь господарства, яка виробляє енергію - має важливе значення для розвитку економіки, науки і культури країни. зараз значний питома вага з вироблення електроенергії мають механічні джерела енергії - ГЕС. Вперше людина використовувала енергію води за допомогою водяного колеса. У сучасній ГЕС вода зі значною швидкістю спрямовується на лопатки турбін. Вода через захисну сітку і регулює затвор тече сталевим трубопроводом до турбіни, над якою встановлено генератор. Механічна енергія води за допомогою турбіни передається генераторам, в яких перетворюється електричну. Після виконання роботи (обертання турбіни) вода витікає в річку тунелем, поступово розширюється.

Витрати на будівництво ГЕС неабиякі, але вони компенсуються тим, що не веде себе платити (принаймні, в явній формі) за джерело енергії - воду. Потужність сучасних ГЕС перевищує 100 МВт, а ККД становить 95%. Така потужність досягається за незначних швидкостей обертання ротора, тому сучасні гідротурбіни вражають своїми розмірами. Турбіна - енергетично дуже вигідна машина, оскільки вода легко і просто змінює поступальний рух на обертальний.

Будівництво греблі на річці дає можливість створити значну різницю рівнів води нижчих і вищих від ГЕС уздовж течії річки, тобто між верхнім і нижньому б'єфах. Іноді ця різниця рівнів сягає понад 100 м. Вода верхнього б'єфу падає зі значної висоти на лопаті гідротурбіни, обертає її, а разом з нею обертає генератор електроенергії, який з'єднаний з турбіною. Потужність будь-ГЕС залежить від різниці рівнів води верхнього і нижнього бьефов і від! кількості кубометрів води, що проходить за 1 с через лопаті турбін станції: чим вона більше, тим потужніше ГЕС.

Одним з принципів гідроелектробудування є максимальне використання І гідроенергії річок. Згідно з цим принципом, на річках будуються не окремі ГЕС, а каскади таких станцій і створюються водосховища для регулювання річного стоку вод. Сток більшості річок нерівномірний протягом року. Так, в Дніпрі в період весняного паводку, тобто приблизно протягом одного місяця, І в море стікала половина всіх водних запасів річки, в літні місяці рівень води різко знижувався. Внаслідок цього ГЕС влітку працювала з половинною потужністю. Створення великого водосховища біля ГЕС різко змінило становище. Тепер весняні води Дніпра вже не стікають без будь-якої користі в море, а зберігаються у водосховищі, а потім планомірно використовуються протягом року гидростанциями. Це дозволило не тільки збільшити вироблення електроенергії, а й знімати пікові навантаження в енергосистемі району розміщення ГЕС. Сучасні ГЕС будують з таким розрахунком, щоб з їх допомогою комплексно вирішувалися завдання вироблення електроенергії, зрошення земель, водопостачання тощо.

Відзначимо, що ГЕС мають принаймні дві переваги перед ТЕС і АЕС:

1. відсутність під час роботи витрат на паливо, внаслідок чого їх електроенергія в 4-8 разів дешевше електроенергії, виробленої на ТЕС і АЕС;

2. гідроенергія річок, що використовується на ГЕС, відтворюється природно, а викопні енергоресурси не відображаються.

Гідроенергетичні технології мають чимало переваг, але є і значні недоліки. Наприклад, низькі водні ресурси під час засухи можуть серйозно впливати на кількість виробленої енергії. Це може стати значною проблемою там, де гідроенергія складає значну частину в енергетичному комплексі країни; будівництво гребель є причиною багатьох проблем: переселення мешканців, замулення водосховищ, водних суперечок між сусідніми країнами, значної вартості цих проектів. Будівництво ГЕС на рівнинних річках призводить до затоплення великих територій. Значна частина площі водойм, що утворюються, - мілководді. У літню пору за рахунок сонячної радіації в них активно розвивається водна рослинність, відбувається так зване «цвітіння» води.

Греблі перешкоджають міграції риб. Багатокаскадні ГЕС перетворюють річки на ряд озер, де виникають болота. У цих річках гине риба, а навколо них змінюється мікроклімат, ще більше руйнуючи природні екосистеми.

Теплоелектростанція (ТЕС)

Енергія людини здавна була спрямована на пошуки засобів полегшення виконання необхідних для її існування робіт. Для цього використовувалися всілякі інструменти та механізми, приручені тварини, але тільки теплова машина різко розширила можливості людини, прискорила технічний прогрес.

Теплова машина - це система, яка дозволяє перетворити теплову енергію в інші форми енергії - механічну, електричну.

На теплових ЕС енергія, яка виділяється під час згоряння розлив видів палива - вугілля, газу, нафти, торфу, горючих сланців за допомогою електрогенераторів, що приводяться в обертання паровими і газовими турбінами або двигунами внутрішнього згоряння, перетворюється в електричну енергію. Більшість сучасних потужних ТЕС є паротурбіннімі. У паровій турбіні нагріта (до 500-560 ° С) і стисла (до 2,4 · 107 Па) пара виходить з сопла, розширюється. Обсяг пара зростає, а тиск відповідно падає, при цьому потенційна енергія стиснутої пари перетворюється в кінетичну. Пара виходить з сопла зі значною швидкістю, вдаряється в лопатки диска турбіни, закріпленої на валу, і швидко обертає їх, при цьому кінетична енергія пари передається ротору турбіни. Вал турбіни жорстко пов'язаний з валом електрогенератора, і тому турбіна приводить в обертання ротор генератора, внаслідок чого і виробляється електрична енергія.

Велика частина енергії палива втрачається разом з гарячим (відпрацьованою) парою. Цю відпрацьовану на турбінах гарячу пароводяну суміш використовують для опалення житлових приміщень і виробничих потреб, що підвищує коефіцієнт корисної дії теплових електроцентралей, (ТЕЦ). Слід зауважити, що на ТЕЦ 80% енергії згоряння палива використовують ефективно.

Під час згоряння палива в теплових двигунах виділяються шкідливі речовини карбон (IV) оксид, з'єднання Азоту, з'єднання свинцю, а також виділяється в атмосферу значна кількість теплоти. Крім того, застосування парових турбін на ТЕС потребує відведення великих площ під ставки, в яких охолоджується відпрацьована пара. Щорічно в світі спалюється 5 млрд. Тонн вугілля 13,2 млрд. Тонн нафти, це супроводжується викидом в атмосферу 2 • 1010 Дж. Теплоти. Запаси органічного палива на Землі розподілені вкрай нерівномірно, і при теперішніх темпах споживання вугілля вистачить на 150-200 років, нафти - на 40-50 років, а газу - приблизно на 60 років. Весь цикл робіт, пов'язаних з видобутком, транспортуванням і спалюванням органічного Палива (головним чином вугілля), а також утворенням відходів, супроводжується виділенням значної кількості хімічних забруднювачів. Видобуток вугілля пов'язаний з значним засоленням водних резервуарів, куди скидаються води з шахт. Крім цього, у воді, що відкачується, містяться ізотопи Радію і Радон. ТЕС, хоча і має сучасні системи очищення продуктів спалювання вугілля, викидає за рік в атмосферу за різними оцінками від 10 до 120 тис. тонн оксидів сірки, 2-20 тис. тонн оксидів Азоту. Крім того, утворюється понад 300 тис. Тонн золи, яка містить близько 400 т токсичних металів (миш'яку, кадмію, свинцю).

Можна відзначити, що ТЕС, що працює на вугіллі, викидає в атмосферу більше радіоактивних речовин, ніж АЕС такої ж потужності. Це пов'язано з викидом різних радіоактивних елементів, що містяться у вугіллі у вигляді вкраплень (радій, торій, полоній та ін). Для кількісної оцінки впливу радіації вводиться поняття «колективна доза», т. Е. Твір значення дози на кількість населення, яке піддалося впливу радіації (він виражається в людино-зівертах). Виявилося, що на початку 90-х років минулого століття щорічна колективна доза опромінення населення України за рахунок теплової енергетики становила 767 чол зв. і за рахунок атомної - 188 чол зв.

У наш час в атмосферу щорічно викидається 20-30 млрд. Тонн оксиду вуглецю. Прогнози свідчать, що при збереженні таких темпів у майбутньому до середини століття середня температура на Землі може підвищитися на кілька градусів, що призведе до непередбачених глобальних кліматичних змін.

Порівнюючи екологічну дію різних енергоджерел, необхідно врахувати їх вплив на здоров'я людини. Високий ризик для працівників у випадку використання вугілля пов'язаний з його видобутком у шахтах, транспортуванням і з екологічним впливом продуктів його спалювання. Останні дві причини стосуються нафти і газу та впливають на все населення. Встановлено, що глобальний вплив викидів від спалювання вугілля і нафти на здоров'я людей діє приблизно так само, як аварія типу Чорнобильської, що повторюється раз на рік. Це - «тихий Чорнобиль», наслідки якого безпосередньо невидимі, але постійно впливають на екологію. Концентрація токсичних домішок у хімічних відходах стабільна, і врешті-решт всі вони перейдуть в екосфери.

Атомна електростанція (АЕС)

Основа атомної енергетики - атомні електростанції, що перетворюють ядерну енергію в електричну. АЕС використовують теплоту, що виділяється в ядерному реакторі в результаті ланцюгової реакції поділу ядер важких елементів, переважно 235U, 238U, 239Pb. Потім, як і на звичайних ТЕС, теплова енергія перетворюється в електричну. При кінцевому розподілі 1 г ізотопу урану або плутонію вивільняється приблизно 22,5 МВт год. енергії, що рівноцінно енергії 2,8 т умовного палива.

Принцип роботи АЕС такий: ядерний реактор, захищений бетоном, містить циліндри (стержні), всередині яких знаходиться уран. Уранові стрижні-блоки знаходяться у воді, яка одночасно є і сповільнювачем, і теплоносієм. Вода знаходиться під великим тиском і тому може бути нагріта до дуже високої температури (близько 300 ° С). Така гаряча вода з верхньої частини активної зони реактора надходить трубопроводами в парогенератор (який також наповнений водою, яка випаровується), охолоджується і повертається по трубопроводу в реактор. Насичена пара з парогенератора через трубопровід надходить в парову турбіну і після відпрацювання повертається назад іншим трубопроводом. Турбіна обертає електричний генератор, струм від якого надходить в розподільний пристрій, а потім - у зовнішнє електричне коло. Хід ланцюгової реакції регулюється стержнями з речовин, які добре поглинають нейтрони.

Від введення в дію першої АЕС минуло понад 45 років. За цей час в техніці АЕС сталися серйозні зміни: різко зросли потужності ядерних реакторів, підвищилися техніко-економічні показники АЕС. Зараз для районів, віддалених від ресурсів хімічного палива, собівартість 1 кВт год. для АЕС менше, ніж для теплових електростанцій. Тому, незважаючи на дещо вищу вартість обладнання для АЕС, їх загальні економічні показники в цих умовах, краще, ніж для теплових електростанцій. Запасів ядерного палива в енергетичному еквіваленті в сотні разів більше, ніж органічного. АЕС практично не виділяють в атмосферу хімічних забруднювачів. Якщо за їх нормальною роботою розуміти такий режим експлуатації, при якому додаткова доза опромінення від станції не перевищує значень флуктуацій природного фону, то, як правило, ця умова дотримується. В цілому реальний радіаційний вплив АЕС на природне середовище значно (в 10 і більше разів) менше допустимого. Якщо врахувати екологічну дію різних енергоджерел на здоров'я людей, то серед невідновлюваних джерел енергії ризик від АЕС, які нормально працюють, мінімальний як для працівників, діяльність яких пов'язана з різними етапами ядерного паливного циклу, так і для населення. Глобальний радіаційний внесок атомної енергетики на всіх етапах ядерного паливного циклу нині становить близько 0,1% природного фону і не перевищить 1% навіть за інтенсивного її розвитку в майбутньому.

Видобуток і переробка уранових руд також пов'язані з несприятливою екологічною дією. Але головною проблемою залишається поховання високоактивних відходів. Обсяг особливо небезпечних радіоактивних відходів становить близько однієї стотисячної частини загальної кількості відходів, серед яких високотоксичні хімічні елементи і їх стійкі сполуки. Розробляються методи їх концентрації, надійного зв'язування і розміщення в стійких геологічних формаціях, де за розрахунками фахівців, вони можуть утримуватися протягом тисячоліть.

Серйозним недоліком атомної енергетики є радіоактивність використовуваного палива і продуктів його поділу. Це вимагає створення захисту від різного типу радіоактивного випромінювання, Що значно підвищує вартість енергії, яку виробляють АЕС. Крім цього, ще одним недоліком АЕС є теплове забруднення води, тобто її нагрівання.

Цікаво відзначити, що, за даними групи англійських медиків, особи, які працювали протягом 1946-1988 рр. на підприємствах британської ядерної промисловості, живуть в середньому довше, а рівень смертності серед них від усіх причин, включаючи рак, значно нижче. Якщо враховувати реальні рівні радіації і Концентрації хімічних речовин в атмосфері, то можна стверджувати, що вплив останніх на флору в цілому досить значний порівняно із впливом радіації.

Наведені дані свідчать, що при нормальної роботи енергетичних установок екологічний вплив атомної енергетики в десятки разів нижче, ніж теплової.

Невиправним лихом для України залишається Чорнобильська трагедія. Але вона більше стосується того соціального ладу, який її породив, ніж атомної енергетики.

альтернативні електростанції

Зростання масштабів використання електричної енергії, загострення проблем охорони навколишнього середовища значно активізували пошуки екологічно чистих способів вироблення електроенергії. Інтенсивно розробляються способи використання паливної відновлюваної енергії - сонячної, вітряної, геотермальної, енергії хвиль, припливів і відливів, енергії біогазу тощо. Джерела цих видів енергії - невичерпні, але потрібно розумно оціни, чи зможуть вони задовольнити всі потреби людства.

Вітрові електростанції (ВЕС)

За оцінками різних авторів, загальний вітроенергетичний потенціал Землі становить 1200 ТВт, однак можливості використання цього виду енергії в різних районах Землі неоднакові. новітні дослідження спрямовані переважно на вироблення електричної енергії за рахунок енергії вітру. Будуються ВЕС переважно постійного струму. Вітряне колесо приводить в рух динамо-машину - генератор електричного струму, який одночасно заряджає паралельно з'єднані акумулятори.

Сьогодні вітроелектричні агрегати надійно забезпечують струмом нафтовиків; вони успішно працюють у важкодоступних районах, на далеких островах, в Арктиці, на тисячах сільськогосподарських ферм, де немає поблизу великих населених пунктів і електростанцій. Широкому застосуванню вітроелектричних агрегатів у звичайних умовах поки перешкоджає їх висока собівартість. При використанні вітру виникає серйозна проблема:

надлишок енергії у вітряну погоду і нестача її в період безвітря. Використання енергії вітру ускладнюється тим, що вітер має малу щільність енергії, а також змінюється його сила і напрям. Вітроустановки, як правило, використовують в тих місцях, де хороший вітровий режим. Для створення вітроустановок великої потужності необхідно, щоб вітродвигун мав великі розміри, крім того, повітряний гвинт треба підняти на достатню висоту, оскільки на більшій висоті вітер більш стійкий і має велику швидкість. Тільки одна електростанція, що працює на органічному паливі, може замінити (за кількістю виробленої енергії тисячі вітряних турбін. В Україні кращі умови для спорудження ВЕС є в Криму.

Енергія припливів і відливів

Століттями люди роздумували над причиною морських припливів і відливів. Сьогодні ми достовірно знаємо, що могутнє природне явище - ритмічний рух морських вод викликають сили тяжіння Місяця і Сонця. Енергія припливів величезна, її сумарна потужність на Землі становить близько 1 млрд. КВт, що більше сумарної потужності всіх річок світу.

Принцип дії припливних електростанцій дуже простий. Під час припливу вода, обертаючи ротор гідротурбіни, заповнює водоймище, а після відпливу вона з водоймища виходить в океан, знову обертаючи ротор турбіни. Головне - знайти зручне місце для установки греблі, в якому висота припливу була б значною. Будівництво та експлуатація електростанцій на морі - складне завдання. Морська вода викликає корозію більшості металів, деталі установок обростають водоростями. В Україні умов для використання енергії припливів і відливів немає.

Енергія сонця

Тепловий потік сонячного випромінювання, яке досягає Землі, дуже великий. Він більш ніж в тисячі разів перевищує сумарне використання всіх видів паливно-енергетичних ресурсів у світі.

Серед переваг сонячної енергії - виняткова екологічна чистота. Сонячна енергія надходить на всю поверхню Землі, лише полярні райони планети страждають від її нестачі. Тобто практично на всій земній кулі лише хмари та ніч заважають користуватися нею постійно. Така загальнодоступність робить цей вид енергії неможливим для монополізації, на відміну від нафти і газу. Звичайно, вартість 1 кВт год. сонячної енергії значно вище, ніж отримана традиційним методом. Лише п'ята частина сонячного світла перетворюється в електричний струм, але ця частка дедалі зростає завдяки зусиллям учених і інженерів.

Оскільки енергія сонячного випромінювання розподілена за великою площею (іншими словами, має низьку щільність), будь-яка установка для прямого використання сонячної енергії повинна мати хто ж збирає пристрій з достатньою поверхнею. Простий пристрій такого роду - газова плита - чорна плита, добре ізольована знизу.

Вона прикрита склом або пластмасою, яка пропускає світло, але не пропускає інфрачервоне теплове випромінювання. У просторі між плитою і склом найчастіше розміщують чорні трубки, в яких тече вода, масло, повітря, оксид сірки (IV) тощо. Сонячні промені, проникаючи через скло або пластмасу в колектор, поглинається чорними трубками і плитою і нагріває робочу речовину в трубках. Теплове випромінювання не може вийти з колектора, тому температура в ньому значно вища (на 200-3000С), ніж температура навколишнього повітря. В цьому проявляється так званий парниковий ефект. Більш складним колектором, вартість якого значно вище, є вгнуте дзеркало, яке зосереджує падаюче випромінювання в малому об'ємі біля певної геометричної точки - фокуса. Завдяки спеціальним механізмам колектори такого типу постійно повернені до Сонця. Це дає можливість збирати значну кількість сонячних променів. Температура в робочому просторі дзеркальних колекторів досягає 3000 ° С і вище. Існують електростанції дещо іншого типу. На думку фахівців, найбільш привабливою ідеєю щодо перетворення сонячної енергії є використання фотоелектричного ефекту в напівпровідниках. Однак поверхня сонячних батарей для забезпечення достатньої потужності повинна бути досить значною (для добового вироблення 500 МВ необхідна поверхня площею 500000 м2), що досить дорого. Сонячна енергетика відноситься до найбільш матеріаломістких видів виробництва енергії. Великомасштабне використання сонячної енергії спричиняє гігантське збільшення потреби в матеріалах, а, отже, в трудових ресурсах для видобутку сировини, отримання матеріалів, виготовлення геліостатів, колекторів, іншої апаратури, їх перевезення. Ефективність сонячних електростанцій в районах, віддалених від екватора, досить мала через нестійкі атмосферні умови, відносно слабку інтенсивність сонячної радіації, а також її коливання, обумовлені чергуванням дня і ночі.

Геотермальна енергія

Геотермальна енергетика використовує високі температури надр земної кори для вироблення теплової енергії. У деяких місцях Землі, особливо на краю тектонічних плит, теплота виходить на поверхню у вигляді гарячих джерел - гейзерів і вулканів. В інших областях підводні гарячі джерела протікають крізь підземні пласти, і цю теплоту можна використовувати через системи теплообміну. Ісландія є прикладом країни, де широко використовується геотермальна енергія.

Біогаз. біотехнологія

Зараз розроблені технології, які дають можливість добувати горючі гази з біологічної сировини в результаті хімічної реакції розпаду високомолекулярних сполук на низькомолекулярні за рахунок діяльності особливих бактерій (які беруть участь в реакції без доступу кисню з повітря).

Схема реакції: біомаса + бактерії \u003d\u003e горючі гази + інші гази + добрива.

Біомаса - це відходи сільськогосподарського виробництва (тваринництва, переробної промисловості). Основною сировиною для виробництва біогазу є гній, який доставляють на біогазову станцію. Головним продуктом біогазової станції є суміш горючих газів (90% у суміші складає метан). Цю суміш постачають на електростанції.

Поновлювані джерела (крім енергії води, що падає) мають спільний недолік: їх енергія дуже слабо сконцентрована, а це створює чималі труднощі для практичного використання. Вартість відновлювальних джерел (не рахуючи ГЕС) значно вище, ніж традиційних. Як сонячна, так і вітрова та інші види енергії, можуть успішно використовуватися для вироблення електроенергії в діапазоні потужностей від кількох до десятків кіловат. Але ці види енергії неперспективні для створення потужних промислових енергоджерел.