МОУ «СШ № 4» г. Кимры

Петракова Марина Викторовна

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя школа № 4»

г. Кимры

Тверская область

Урок – конференция по теме:

«Атомная энергетика: проблемы экологии»

физика, 11 класс

Подготовила: учитель физики

Петракова Марина Викторовна

г. Кимры

2014

Пояснительная записка

В старших классах учебную деятельность заметно активизирует мотив «профессионально-жизненное самоопределение». Этот мотив устремлен к будущей профессии человека, его становление связано с делом, которому ученик намерен себя посвятить. Я стараюсь ввести его в действие, например, приглашаю учащихся стать на «сегодня» взрослыми и занять один из важных служебных постов.

Примером данного приема является предложенная разработка урока-конференции «Атомная энергетика: проблемы экологии». На нее «приглашаются» докладчики и содокладчики, специалисты разных областей ядерной энергетики: специалист по вопросам экологии, специалист по альтернативным источникам энергии, специалист по изучению причин катастроф на АЭС и др.; журналисты различных изданий, оппоненты по каждому вопросу, кинооператор. Все роли исполняют учащиеся.

По результатам конференции «журналисты» готовят сообщение каждый в свое издательство, и одна группа представляет школьную газету.

Мультимедиа презентация и подробный сценарий создают единый лаконичный и красочный цифровой материал, который можно использовать как на уроке физики в качестве заключительного в теме «Физика атомного ядра», а также в качестве самостоятельного материала во внеурочной работе, например при проведении недели физики в школе.

МОУ «СШ №4» г. Кимры Тверской области, 2014 год.

Цели:

Образовательные:

• Показать неразрывную связь экологии и экономики, необходимость внимания к экологическим мероприятиям в целях ослабления последствий техногенных катастроф;
• Используя знания разных школьных дисциплин, убедить в обязательности рационального природопользования для сохранения здоровья людей;
• Охарактеризовать различные типы электростанций, в том числе АЭС;
• Выявить положительные и отрицательные стороны ядерной энергетики;
• Раскрыть проблемы и выделить пути их решения.

Развивающие:

• Развивать информационно-коммуникационные компетентности;
• Совершенствовать умения самообразования;

• Развивать умения использовать ИКТ в учебном процессе для поиска информации и представления ее в заданной форме.

Воспитательные:

• Формировать ответственность и самостоятельность при подготовке материалов урока;
• Воспитывать эстетические чувства в процессе оформления и подачи материала.

Задачи:

• Сделать учащихся активными участниками занятия;
• Вовлечь как можно больше ребят в самостоятельную активную познавательную и творческую деятельность;
• Дать материал в сжатой форме, обеспечив при этом максимум наглядности и связать изучаемые явления с жизнью.

Подготовка к конференции

За месяц до конференции учащимся предлагаются темы сообщений, они выбирают и начинают подготовку к выступлению.

Вопросы конференции .

1. Общие сведения об атомной энергетике. Экономические проблемы АЭС.
2. Экологические проблемы АЭС.
3. Чернобыльская трагедия.
4. Экологически чистые электростанции.

Оборудование:

Компьютер, мультимедийный проектор, экран, приложения в форме презентаций: (авторские разработки), выставка рисунков учащихся по теме «Экологические проблемы ядерной энергетики».

Примечание . В тексте сценария полужирным начертанием выделен текст, который так же отражён на слайдах презентации.

Просмотр презентаций. Участие в обсуждении вопросов, предложенных учащимися (специалистами различных областей ядерной энергетики).

С обзором материала знакомит учитель (Приложение 1 « Общий обзор»).

Слайд 1,2.

Учитель:

«Так не бывает, чтобы экспериментаторы вели свои поиски ради открытия нового источника энергии или ради получения редких или дорогих элементов. Истинная побудительная причина лежит глубже и связана с захватывающей увлекательностью проникновения в одну из величайших тайн природы».
Э. Резерфорд.

Энергетика – эта отрасль промышленности и народного хозяйства, занимающаяся получением, передачей, преобразованием и рациональным использованием энергии. От нее зависит состояние экономики любой страны. Сегодня проблема энергоснабжения стала одной из приоритетных.

Постигая законы природы и используя научно - технический прогресс в своей практической деятельности, человек становится все более могущественным. Современному человеку все под силу. Но технический прогресс имеет и оборотную, «теневую» сторону – возрастает ущерб, наносимый природе: загрязняется атмосфера, на поверхности морей и океанов появляется губительные для водной флоры и фауны пленки нефти, все меньше остается лесов, некоторые виды техники в состоянии уничтожить на Земле все живое, в том числе и человека. Поэтому в наше время как, никогда раньше, приобретают важность нравственные аспекты использование природных ресурсов. Вопросы экологии, разумного, бережного отношения к природе – среде своего обитания .

Слайд 3.

Электроэнергетика является отраслью, от которой в значительной мере зависит развитие всех остальных отраслей хозяйства. П производство электроэнергии – важнейший показатель, по которому судят об уровне развития страны.

Размещение электростанций зависит от типа станции, на него влияют в первую очередь ресурсный фактор (в зависимости от используемого источника энергии) и потребительский.

Выделяются основные типы электростанций: ТЭС, ГЭС, АЭС.

Доля атомной энергетики в мировом производстве электрической энергии составляет 17% (около 2000 млрд. кВт*ч). По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) мировую атомную энергетику представляют 450 атомных реакторов, работающих в 31 стране.

Слайд 4.

Три страны мира, в которых доля атомных электростанций (АЭС) в общей выработке электроэнергии наибольшая, - это Франция (77%), Бельгия (56%) и Швеция (56%). В США она составляет 19%, а в России – 11% (~120 млрд. кВт*ч).

Слайд 5.

На территории России расположены 9 наиболее крупных электростанций из числа построенных в свое время в СССР. Из них 8 – в Европейской части России: это Курская, Тверская, Нововоронежская, Ленинградская, Балаковская, Белоярская, Кольская АЭС и Билибинская АСТ (атомная станция теплоснабжения, аналогичная по принципу ТЭЦ). Самая крупная АЭС России – Курская – имеет мощность 4000МВт. На этих станциях установлено 29 энергоблоков с реакторами различного типа, в том числе 11 реакторов устаревшего типа РБМК-1000, такие, как на ЧАЭС.

Слайд 6.

Экономические проблемы АЭС.

Производство электроэнергии на АЭС не связано с процессами горения и, следовательно, с потреблением атмосферного кислорода, столь необходимого биосфере. Не сжигая ископаемое органическое топливо и, потому не выбрасывая в атмосферу сотни миллионов тонн углекислого газа, оксидов серы и азота, АЭС стала единственным крупным производителем электрической энергии, которые не способствуют ни усилению парникового эффекта, ни выпадению кислотных осадков.

Если бы те 17% мирового производства электроэнергии, которые дают АЭС, производили ТЭС, работающие на угле, то в атмосферу дополнительно поступало бы около 1 млрд. т. углекислого газа в год, а также десятки миллионов тонн оксида серы, азота и других вредных выбросов.

Противники атомной энергетики не считают этот довод решающим аргументом в пользу АЭС, полагая такой способ сокращения вредных выбросов ТЭС очень дорогим по сравнению с использованием: а) возобновляемых источников энергии и б) мер по сбережению и более эффективному расходу электроэнергии (улучшение качества электротехнического оборудования, в том числе бытовых приборов, стабилизаторов частоты и напряжения электрического тока и др.). Именно такой подход позволил США добиться значительного увеличения валового национального продукта при относительно небольшом росте потребления всех видов энергии и полном прекращении строительства новых АЭС (с середины 70-х годов прошлого века).

Сравним количество топлива, потребляемого обычными тепловыми станциями и АЭС. Атомные станции не требуют такого количества ископаемого органического топлива, как ТЭС, они не вызывают загрузки перевозками угля железнодорожный транспорт (в нашей стране эти перевозки составят 40 % грузооборота железных дорог).

Рассмотрим топливный цикл атомной электростанции (слайд 7). Он состоит из двух частей.

первая (А) относится к переработке руды, изготовлению и обогащению собственно топлива;

вторая (Б) связана с хранением отходов и регенерацией ядерного горючего

Регенерация – это совокупность радиохимических и химико-технологических процессов переработки ядерного топлива, использованного в реакторе; цель – извлечение невыгоревшего первичного топлива, а также накопленного вторичного для дальнейшего использования. Регенерация сопровождается извлечением и захоронением радиоактивных отходов.

Слайд 8.

Доля стоимости составляющих ядерного топливного цикла .

К сожалению, нет точных данных о том, во что обходится строительство АЭС (достаточно долговременное – порядка 10 лет, причем столько же времени уходит на подготовку к строительству), как велики эксплуатационные расходы (известно, что АЭС мощностью 1000 МВт обслуживает персонал в тысячу человек), сколько средств нужно для строительства соцкультбыта (поскольку около АЭС всегда возникает городская структура с населением порядка десятков тысяч человек) и сколько потребует неизбежный демонтаж станции.

АЭС имеют ограниченный временной ресурс работы: ~ 25-30 лет. Такой короткий срок службы АЭС объясняется тем, что со временем, несмотря на все меры защиты, оборудование станции становится опасным в радиационном отношении.

Наблюдается также явление «охрупчивания», когда под влиянием нейтронного облучения металлические конструкции теряют прочность и становятся хрупкими.

Демонтаж АЭС – наука и одновременно сложнейшее производство, концепция которых не разработана до сих пор. Как считают многие специалисты (энергетики, экологи и др.), предстоит «долгое прощание» с АЭС, причем полностью демонтировать их и довести окружающую среду до состояния «зеленой лужайки» не представляется возможным.

Потому в стоимость производимой АЭС энергии необходимо включать не только затраты на строительство станции, но и расходы на ее демонтаж, стоимость которого по экспертным оценкам, сравнима со стоимостью самого сооружения. В середине 70-х годов политика США в области ядерной энергетики резко изменилась: строительство новых АЭС было прекращено, несмотря на значительные уже сделанные затраты. Произошло это прежде всего по экономическим причинам после расчета стоимости электроэнергии, производимой АЭС, с учетом всех реальных составляющих ядерный топливный цикл: 1- добыча природного урана, 2 – переработка и обогащение топлива, 3 – изготовление ТВЭлов, 4 – переработка и захоронение радиоактивных отходов (см. диаграмму).

Анализ диаграммы показывает: во всем цикле производства топлива для АЭС стоимость добыча урана (якобы главный показатель низкой стоимости электрической энергии, производимой на АЭС) составляет лишь 2%, с учетом процессов переработки, обогащения и изготовления ТВЭлов будет 26%. Значительная же доля затрат (74%) приходится на переработку и захоронение возникающих на всех этапах цикла радиоактивных отходов (РАО).

Слайд 9.

В настоящее время по далеко неполным и малонадежным подсчетам стоимость 1 кВт*ч электроэнергии, выработанной на АЭС, оказывается наибольшей по сравнению со стоимостью электроэнергии, произведенной на электростанциях других типов.

(Продолжается обсуждение данного вопроса учащимися).

Учитель:

- Следующим вопросом рассматриваемой темы, является «Экологические проблемы АЭС» (Рассказ учащегося с использованием презентации. Приложение 2).

Слайд 2

Учащийся - специалист по вопросам экологии на АЭС.

Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля.

Положительный экологический фактор:

Небольшой выброс вредных веществ в атмосферу.

Слайд 3.

Отрицательных экологических факторов несколько:

1.Тепловое загрязнение:

Тепловые потери АЭС в 1,5 раза больше, чем ТЭС аналогичной мощности; поэтому КПД атомных электростанций невелик (20-25%), и их работа сопровождается «сбросом» огромного количества теплоты в воздух и воду.

Слайд 4.

Тепловое загрязнение изменяет климат региона, где расположена АЭС.

Увеличивается влажность воздуха, особенно в осенне-зимний период, что неблагоприятно влияет на здоровье людей, на состояние посевов, лесов, зданий и сооружений, в том числе и распределительных устройств и линий электропередач.

Слайд 5.

Повышение температуры естественных водоемов, куда сбрасывают теплую воду из систем охлаждения станций, приводит к снижению концентрации растворенного в воде кислорода, что угнетает развитие рыбной молоди и приводит к гибели рыб.

Слайд 6.

В нагретой теплой воде водоемов происходит бурное развитие сине-зеленых водорослей, наступает «цветение» воды; это явление, получившее название автрофизиции, делает невозможным использование таких водоемов для питьевого водоснабжения.

Слайд 7 .

2. Наличие радиоактивных отходов:

Урановая руда добывается на рудниках подземным или открытым способом. Эта отрасль горнодобывающего производства ухудшает окружающую среду, загрязняя воздух, почву, поверхностные и подземные воды;

Отходы на стадии добычи и переработки природного урана очень велики и составляют 99,8%.

Слайд 8.

Из резервуаров для хранения жидких отходов радиоактивные вещества могут попадать в грунтовые воды и расположенные рядом поверхностные водоемы;

Слайд 9.

Твердые и жидкие отходы, возникающие при регенерации ядерного топлива, обладают очень высокой радиоактивностью и требуют специальной переработки и специального захоронения в целях обеспечения безопасности

Слайд 10.

Имеются серьезные основания считать, что все существующие в настоящее время методы обезвреживания радиоактивных отходов, в том числе химические, недостаточно надежны и представляют собой источник постоянной опасности для жизни во всех пространственных структурах биосферы.

Слайд 11.

3. Радиоактивные излучения (РИ) :

Это самая главная опасность атомной энергетики.

РИ оказывает пагубное влияние на все живые организмы.

Слайд 12.

Под действием радиации поражаются клетки тканей, прежде всего их ядра, нарушаются способность клеток к делению и обмен веществ в них.

Наиболее чувствительны к радиационному воздействию кроветворные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические узлы), эпителий слизистых оболочек, щитовидная железа.

Слайд 13.

В результате радиоактивных излучений на органы человека возникают тяжелейшие заболевания: лучевая болезнь, злокачественные опухоли, приводящие нередко к смертельному исходу.

Слайд 14.

Облучение оказывает сильное влияние на генетический аппарат, приводя к появлению потомств с уродливыми отклонениями и врожденными тяжелыми заболеваниями организма.

Слайд 15 .

Степень биологического воздействия зависит от вида излучения, его интенсивности и продолжительности облучения организма.

Специфическая особенность радиоактивных излучений: они не воспринимаются органами чувств человека и даже при смертельных дозах не вызывают болевых ощущений в момент облучения; в этом их «коварство».

Слайд 16 .

Еще один отрицательный фактор:

4 . Аварийные ситуации:

Взрыв четвертого энергоблока Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС)- одна из таких ситуаций.

Слайд 17.

Всего с момента начала эксплуатации АЭС в 14 странах мира произошло более 150 инцидентов и аварий различной степени сложности. Некоторые из них:

• В 1957 г – в Уиндскейле (Англия)
• В1959 г – в Санта-Сюзанне (США)
• В1961 г – В Айдахо-Фолсе (США)
• В1979 г – в Три-Майл-Айленд (США)

Слайд 18.

Вот поэтому люди всего мира выступают против строительства АЭС на территориях, на которых они проживают.

Учитель :

- А сейчас более подробно рассмотрим вопрос о трагедии, произошедшей 26 апреля 1986 года на Чернобыльской атомной электростанции. (Рассказ учащегося. Приложение 3).

Слайд 2

Учащийся – специалист по изучению катастроф на АЭС.

«Целый мир, охватив от земли до небес,
Всполошив не одно поколение,
По планете шагает научный прогресс.
Что стоит за подобным явлением?

Как использовать знанье – забота людей.
Не наука - ученый в ответе.
Давший людям огонь - прав ли был Прометей,
Чем прогресс обернется планете?».

Впервые человечество увидело атом в действии в 1945 году, когда США сбросили на Хиросиму и Нагасаки водородные бомбы. Погибла треть населения этих городов, радиация вызвала у многих людей лейкозы. Люди умирали и продолжают умирать до сих пор.

Ряд испытаний ядерного оружия Соединенными Штатами на острове Бикини в 1946 - 1958 годах привели к тому, что в результате взрыва исчезли с лица Земли 2 соседних островка, а сам остров стал непригодным для жизни.

В 1957 году на заводе Селлафильд в Англии по регенерации ядерного топлива произошел взрыв. В результате загрязнения погибли 13 человек, более 250 заболели острой и хронической лучевой болезнью, и т. д.

В нашей стране в течение многих лет проходили испытания атомного оружия на Семипалатинском полигоне. В результате чего большое количество людей получили различную дозу облучения.

В Алтайском крае числится 24250 граждан, пострадавших от воздействия радиации на Семипалатинском полигоне. На самом деле теперь уже по признанию Конституционного суда РФ жертв этих испытаний гораздо больше. Все, кто проживал в 1949 - 1963 годах в населенных пунктах (как на территории Алтайского края, так и Казахской ССР), включены в перечень, утвержденный Правительством РФ, имеют право претендовать на статус «семипалатинцев» и получение социальной помощи.

Наибольшему радиоактивному воздействию на территории Алтайского края подверглись населенные пункты Рубцовского, Локтевского, Угловского районов, где суммарная (накопленная) эффективная доза облучения превышает 25 cЗв, Залесовского, Змееногорского, Курьинского, Локтевского, Поспелихинского, Рубцовского, Угловского и Краснощековского районов, где суммарная (накопленная) эффективная доза облучения больше 5cЗв, но не более 25 cЗв. В Краснощековском районе в число таких населенных пунктов вошли: Акимовка, Краснощеково, Малая Суетка, Мурзинка, Чарышский (Парижская Коммуна). Количество людей, пострадавших от взрывов на сегодняшний день в Краснощековском районе (получивших удостоверения) составляет - 1297 человек (доза облучения - больше 5 cЗв, но не более 25 cЗв и 22 человека (доза облучения - более 25 cЗв), что также неблагоприятно влияет на здоровье людей, у большинства из которых имеются хронические заболевания.

Слайд 3,4

26 апреля 1986 года в 01:23:40 по местному времени произошла самая крупная за всю историю развития атомной энергетики авария на Чернобыльской АЭС

Слайд 5.

У. Лоуренс описал ядерный взрыв следующими строками:

«Будто из недр Земли появился свет, свет не этого мира, а многих Солнц, сведённых воедино. Этот громадный огненный шар, поднимался, меняя цвет от пурпурного до оранжевого, увеличиваясь, пришла в действие природная cила, освобождённая от пут, которыми была связана миллиарды лет».

Слайд 6.

Эта авария стала предупреждением человечеству о том, что колоссальная энергия, заключенная в атоме, без надлежащего контроля над ней может поставить вопрос самого существования людей на планете.

Слайд 7.

Первая стадия аварии – два взрыва:

• В течение первого за 1 секунду радиоактивность реактора возросла в 100 раз;
• В ходе второго – через 3 с – радиоактивность увеличилась в 440 раз

Слайд 8.

• Вторая стадия аварии: (26 апреля–2 мая) – горение графитовых стержней;

• Третья стадия: (2 – 6 мая) – расплавление ядерного топлива.

Слайд 9.

В период горения стержней температура внутри реактора не опускалась ниже

1500 0 С, а после 2 мая стала повышаться, приблизившись к 3000 0 С, что вызвало расплавление оставшегося ядерного топлива.

Слайд 10.

Некоторые данные и следствия аварии на ЧАЭС

По официальным оценкам радиоактивность, «выброшенная» из реактора, равнялась 50 млн. Ки (это значение было явно занижено, т.к. по данным на 6 мая, не учитывало большей части короткоживущих радионуклидов, в том числе йода -131, период полураспада которого равен 8,1 сут. и который также чрезвычайно опасен) и 50 млн. Ки радиоактивных благородных газов.

Слайд 11.

При аварии на ЧАЭС 3,5% продуктов деления в реакторе (это 63 кг) было выброшено в атмосферу;

Для сравнения: в результате взрыва атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму, образовалось всего 0,74 кг радиоактивных «отходов».

Слайд 12.

В момент взрыва образовалось огромное (высотой около 2 км) облако радиоактивностью в десятки млн.Кюри, состоящее из аэрозолей-диспергированных «горячих» частиц ядерного топлива, смешанных с радиоактивными газами.

Слайд 13.

На территории четвертого блока после взрыва оказались крупные обломки топливных кассет и графита, которые ликвидаторы последствий аварии собирали бульдозерами и лопатами(!)

Слайд 14.

20 жителей Краснощековского района стали ликвидаторами этой страшной аварии, которые были отправлены на место трагедии 20 мая 1986 г.

В живых на сегодняшний день осталось 10 человек.

Учитель:

Ребята, сейчас перед вами выступит человек, очевидец всего происходящего, ликвидатор последствий на ЧАЭС, которому в то время было всего 25 лет, это – Кашкаров В.Н.

(Выступление Кашкарова В.Н.)

Слайд 15.

Последствия катастрофы:

• Сильно пострадала территория, находящаяся в непосредственной близости от 4-го блока;
• От мощного облучения короткоживущими изотопами погибла часть хвойного леса;
• Умершая хвоя была рыжего цвета, а сам лес таил в себе смертельную опасность для всех, кто в нем находился.

Слайд 16.

На развилке, у знака "Припять" - остатки знаменитого "рыжего леса". Его давно не существует, весь верхний слой дерна был срезан, вывезен и захоронен под бетоном.

Слайд 17.

В первый день жизнь в Припяти - городе, построенном для атомщиков и их семей в двух километрах от ЧАЭС, - продолжалась, как ни в чем не бывало. Большинство людей провели субботу на свежем воздухе – это был первый теплый и солнечный день холодной весны. В городе отпраздновали 16 свадеб.

Эвакуация жителей города началась спустя 36 часов после аварии. При этом выселение близлежащих населенных пунктов заняло еще несколько дней.

Тем временем тысячи киевлян, как обычно, вышли на первомайские демонстрации – это было всего через 5 дней после взрыва, и жители украинской столицы даже не представляли, какой опасности подвергаются.

Слайд 18.

Дорога на Припять. После аварии путепровод над железной дорогой получил второе имя - "мост смерти".

Слайд 19.

Город без жителей умирает быстро. Еще недавно Припять искрилась весельем, из окон, распахнутых навстречу весне, лилась музыка, в парках и скверах резвились ребятишки.

Сегодня город встречает закрытыми фанерными щитами витрин магазинов, сеткой от кроватей, упавших с грузовика и тишиной.

Дом, выходящий на центральную площадь (фото 80-х годов) и теперь.

Слайд 20.

Один из классов школы №З.

Слайд 21.

Авария на Чернобыльской АЭС вызвала крупномасштабное радиоактивное заражение местности, зданий, сооружений, дорог, лесных массивов и водоемов не только на Украине, но и далеко за её пределами. На волю вырвалось более 8 тонн топлива, которое содержит плутоний и другие высокорадиоактивные продукты распада, а также радиоактивное графитовое вещество.

Слайд 22.

Накопление радиоактивных элементов в организме человека

Слайд 23.

Последствия радиоактивного заражения:

• Мутации;
• Раковые заболевания (щитовидной железы, молочной железы, легкого, желудка, кишечника, лейкоз);
• Наследственные нарушения;
• Стерильность яичников у женщин;
• Слабоумие и др.

Слайд 24.

Итог Чернобыльской катастрофы:

• Погибло 80 тыс. человек;
• Пострадало более 3 млн.человек, из которых 1 млн. – дети;
• Чернобыль принес убытки, сравнимые с бюджетами целых государств;
• Последствия катастрофы не удастся преодолеть в обозримое время.

Мы всегда должны быть настороже, чтобы никогда не повторилась Чернобыльская трагедия, всколыхнувшая весь мир, чтобы не пролились слезы тысяч безвинных людей, пострадавших из-за беспечности единицы людей.

Слайд 25

А закончить свое выступление хочется словами А. Яблочкова – член-корреспондента РАН, председателя Центра экологической безопасности Росси:

«С позиций экологической безопасности страны радиоактивное загрязнение – одна из самых главных угроз. И доля атомных энергетических установок в создании этой угрозы очень значительна. Возможно, мы преувеличиваем, но только один Чернобыль полностью оправдывает наше мнение».

(Учитель приглашает к обсуждению предложенной темы учащимся).

Учитель: Российская Федерация – страна обеспеченная. В разнообразном понимании. Но основа нашего благосостояния заключается не только в богатстве ископаемых ресурсов, о труднодоступности и исчерпаемости которых не следует забывать. Богатство России содержится в её территории. Именно территория является фактором, определяющим разнообразие ландшафтных, геологических и климатических зон (и границ между данными зонами), что в конечном итоге выражается в обеспеченности возобновляемыми источниками энергии.

По различным оценкам исследователей, экономически оправданный энергетический потенциал составляет 270 - 420 млн. тонн условного топлива. В пересчёте на условное топливо выработка электроэнергии в 2008 году составила приблизительно 125 млн. т.у.т. Иначе говоря, возобновляемые источники энергии (ВИЭ) могут теоретически покрывать потребность экономики во вторичной энергии.

(Сообщение учащегося с использованием презентации «Экологически чистые электростанции» Приложение 4).

Слайд 2.

Учащийся – специалист по альтернативным источникам энергии

Все основные типы электростанций оказывают значительное негативное воздействие на природу:

ТЭС загрязняют воздух, шлаки станций, работающих на угле, занимают огромные территории.

Водохранилища равнинных ГЭС заливают плодородные пойменные земли, приводят к заболачиванию земель.

Небезопасными оказались и АЭС.

Давайте более подробно рассмотрим экологически чистые электростанции и начнем с ветряных.

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА - отрасль энергетики, связанная с разработкой методов и средств для преобразования энергии ветра в механическую, тепловую или электрическую энергию.

Слайд 3.

Ветер - возобновляемый источник энергии. Ветровая энергия может быть использована практически повсеместно; наиболее перспективно применение ветроэнергетических установок в сельском хозяйстве.

Ветряная электростанция - несколько ветрогенераторов, собранных в одном, или нескольких местах. Крупные ветряные электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов.

Слайд 4.

Ветряные электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра - от 4,5 м/с и выше.

Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного-двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветряных электростанций: эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.

Слайд 5.

Крупнейшей на данный момент ветряной электростанцией является электростанция в городе Роско (Roscoe), штат Техас, США. Она был запущена 1 октября 2009 года немецким энергоконцерном E.ON. Станция состоит из 627 ветряных турбин производства Mitsubishi, General Electric и Siemens. Полная мощность - около 780 МВт. Площадь электростанции не менее 400 км².

Слайд 6 .

Геотермальные электростанции.

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ - теплоэлектростанция, преобразующая внутреннее тепло Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электрическую энергию.

Слайд 7.

В России 1-я геотермальная электростанция (Паужетская) мощностью 5 МВт пущена в 1966 на Камчатке;

• - В 1980 году ее мощность доведена до 11 МВт.
• - Геотермальные электростанции имеются в США, Новой Зеландии, Италии, Исландии, Японии.

Слайд 8.

Геотермальная энергия – это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин.

Геотермический градиент в скважине возрастает на 1°C каждые 36 метров. Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. Термальные регионы имеются во многих частях мира.

По различным подсчетам, температура в центре Земли составляет, минимум, 6 650°C. Скорость остывания Земля примерно равна 300 - 350 °C в миллиард лет. Земля выделяет 42 * 1012 Вт тепла, из которых 2% поглощается в коре и 98% - в мантии и ядре. Современные технологии не позволяют достичь тепла, которое выделяется слишком глубоко, но и 840 000 000 000 Вт (2%) доступной геотермальной энергии могут обеспечить нужды человечества на долгое время. Области вокруг краев континентальных плит являются наилучшим местом для строительства геотермальных станций, потому что кора в таких зонах намного тоньше.

Слайд 9.

Солнечная электростанция.

Для выработки электроэнергии используют также энергию солнечной радиации.

Различают термодинамические солнечные электростанции и фотоэлектрические станции, непосредственно преобразующие солнечную энергию в электрическую.

Электрическая мощность действующих термодинамических солнечных электростанций свыше 30 МВт, фотоэлектрических станций - свыше 10 МВт.

Слайд 10.

• Солнечная батарея - один из генераторов альтернативных видов энергии, превращающих солнечное электромагнитное излучение (проще говоря - свет) в электричество;
• Является объектом исследования гелиоэнергетики;
• Производство солнечных батарей развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях.

Слайд 11.

Солнечные батареи очень широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крышах домов для получения электричества. В перспективе они, вероятно, будут применяться для подзарядки электромобилей. Солнечные коллекторы используются в первую очередь для обеспечения нужд горячего водоснабжения и иногда для поддержки систем отопления.

Сообщается, что в отдельных лабораториях получены солнечные элементы с КПД 44 %. В 2007 году появилась информация, об изобретении российскими учёными (г. Дубна) элементов с КПД 54 %, но эти высокоэффективные панели не могут массово использоваться в виду своей высокой себестоимости, над этой проблемой и работают многие учёные.

Слайд 12.

Приливная электростанция.

Прили́вная электроста́нция (ПЭС) - особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров.

Слайд 13 .

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.

Слайд 14.

Приливные электростанции обладают как преимуществами, так и недостатками.

Преимуществами ПЭС является:

• высокая экологичность;
• низкая себестоимость производства энергии.

Недостатками:

• высокая стоимость строительства;
• изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов

Существует мнение, что работа приливных электростанций тормозит вращение Земли, что могло бы привести к негативным экологическим последствиям. Однако ввиду колоссальной массы Земли влияние приливных электростанций незаметно.

(Продолжается обсуждение данного вопроса).

Заключение:

Учитель:

Таким образом, развитие ядерной энергетики ставит перед человечеством качественно новые экологические задачи:

Применять новые технологии при строительстве АЭС;

Необходимо вкладывать деньги в разработку новых, более безопасных атомных реакторов;

Применять новые методы захоронения радиоактивных отходов.

Предотвращение быстро надвигающегося эколого-экономического кризиса возможно лишь при переходе к широкому прямому использованию нетрадиционных источников энергии – энергии ветра, приливов, Солнца и внутренней энергии Земли.

Рефлексивный тест:

• Я узнал много нового и интересного.
• Что понравилось на уроке? Почему?
• Что не понравилось?
• Нужна ли мне физика для повышения моего интеллектуального уровня?
• Нужна ли мне физика для моей дальнейшей профессиональной деятельности?

Задания для учащихся:

По результатам проведенной конференции написать заметку в школьную газету.

Подведение итогов:

Учитель: Большое спасибо нашим специалистам! Большое спасибо всем, кто участвовал в обсуждении, за отличную работу! Надеюсь, в скором будущем из вас получатся настоящие мастера своего дела, умеющие решать глобальные проблемы человечества .

Используемая литература:

1. Иллеш А. Катастрофа. - М: Известия, 1989; ;
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_батарея ;
3. http://ru.wikipedia.org/wiki/ГеоТЭС ;
4. Распоряжение Правительства РФ от 08.02.2002 г №156-Р.

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

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.

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»

Преподавание физики и географии
Песоцкая Наталья Александровна и Давыдова Лариса Емельяновна
Интегрированный урок /физика+география/

«Экологические проблемы энергетики»
Цель:
Образовательная: освещение проблем, возникающих при использовании человечеством тепловых двигателей и путей их решения;
Развивающая: закрепить и привести в систему знания о тепловых двигателях, используя межпредметные связи по физике, географии, экологии;
Воспитательная: способствовать пониманию собственных интеллектуальных достижений в области физики, географии, формирование экологических знаний
Тип урока: интегрированный урок совершенствования теоретических знаний и практических навыков
Оборудование: таблицы (принципиальная схема ТЭС, ГЭС и энергия воды, ядерный реактор и схема ЯТЦ), паровая и газовая турбины, ДВС
Ход урока:

Эпиграфы к уроку:
«Мы столь радикально изменили нашу среду, что теперь для того, чтобы существовать в этой среде, мы должны изменить себя»
Норберт Винер
«Есть такое правило: встал поутру, умылся, привёл себя в порядок – и сразу же приведи в порядок свою планету»
А. Сент-Экзюпери

Вопрос учителя физики: «Что вам пригодится сегодня на уроке?»

Ответы ребят: «Знания, умения ориентироваться по карте, работать со схемами, навыки решения задач, умения работать в группе»
Учитель географии
«Наша школа выбрала естественно – математический цикл. Давайте составим кластер, отражающий список профессий, исходящих из темы нашего урока»
Моя будущая профессия: энергетик, инженер, электрик, эколог, и др.

Учитель физики:
Класс разделён на группы, примерно равные по силам. Оценивать работу учащихся будет жюри в составе школьной администрации.
1 этап
Учитель физики: Каждая группа получила задание на дом составить проект по одной из выбранных ими типов электростанций.
Начинает 1 группа с защитой проекта по ТЭС.
В структуре выработки электроэнергии преобладают ТЭС, работающие на угле, мазуте, природном газе. На долю ТЭС в мировом производстве приходится 62%. По размерам выработки электроэнергии на ТЭС лидирует США, Китай, Россия, Япония, Германия. Но по доле ТЭС в общей выработке электроэнергии выделяются другие страны: Польша, ЮАР, «нефтяные страны». Доля ТЭС в электроэнергетике Казахстана составляет более 90%. Большая часть энергии производится на 37 ТЭС, работающих на углях Экибастузского, Майкубенского, Тургайского и Карагандинского бассейнов, на газе, на мазуте. Около 20 ТЭС работает на Экибастузском угле. В окрестностях Экибастуза работает ГРЭС-1, ГРЭС-2. В Алматинской области на берегу озера Балхаш строится Южно-Казахстанская ГРЭС. Значительного повышения КПД удалось достигнуть в результате изобретения паровой турбины. Первая паровая турбина, нашедшая практическое применение, была изготовлена шведским инженером Густавом Лавалем в 1889г. Для работы паровой турбины за счёт энергии, освобождаемой при сжигании каменного угля или мазута, вода в котле нагревается и превращается в пар. Пар нагревается до температуры 5000С и при высоком давлении выпускается из котла через сопло. При выходе пара внутренняя энергия нагретого пара преобразуется в кинетическую энергию струи пара. Скорость струи пара может достигнуть 1000м/с. Струя пара направляется на лопатки турбины и приводит турбину во вращение. На одном валу с турбиной находится ротор электрического генератора. Таким образом энергия топлива преобразуется в электрическую энергию. Современные паровые турбины обладают высоким КПД. Мощность современных энергоблоков котёл-турбина-генератор достигает 1.2∙106кВт. Для повышения КПД на многих электростанциях тело, отбираемое от паровой турбины, используется для нагревания воды. Горячая вода поступает в систему бытового и промышленного теплоснабжения. КПИ топлива в такой электроцентрали (ТЭЦ) повышается до 60-70%.

Учитель географии: При сгорании топлива образуется такие вредные для растений, животных и человека вещества как оксиды азота, углеводороды, оксиды углерода, сернистые соединения, сажа. Какие воздействия на организм человека оказывают вредные выбросы?

Ответ учащегося:
СО – оксид углерода при вдыхании связывается с гемоглобином крови, вытесняя из неё кислород, в результате чего наступает кислородное голодание, сказывающееся на ЦНС. Высокая концентрация может вызвать смерть. Диоксид азота вызывает сильное раздражение слизистых оболочек глаза, а при вдыхании – образование азотной и азотистой кислот в дыхательных путях. Сернистый газ приводит к онкозаболеваниям. Сажа действует на лёгкие, возрастает опасность заболевания раком. Чтобы избежать всего этого человек строит дымовые трубы на высоте более 300м с обязательной установкой специальных насадок на них для улавливания ядовитых газов так называемые пылеуловители: с использованием силы тяжести; инерционные пылеуловители, использующие силы инерции при повороте газового потока; центробежные пылеуловители, основанные на действии центробежных сил инерции (циклоны); рукавные фильтры, основанные на фильтрации запыленного газа через ткани; электрические пылеуловители, действие которых основано на использовании сил притяжения.

Учитель физики: продолжает 2 группа с проектом защиты ГЭС.

Ответ учащегося: примерно 20% мирового производства электроэнергии обеспечивают ГЭС. По общим размерам выработки электроэнергии на ГЭС выделяются Канада, США, Бразилия, Россия, Китай. Из экономически развитых стран мира практически всю электроэнергию на ГЭС получает Норвегия, затем Бразилия, Австрия, Канада, Щвейцария. Из стран СНГ в эту группу входят Киргизия, Таджикистан. В Казахстане электроэнергия ГЭС занимает незначительную долю: 3 крупные электростанции – Бухтарминская, Усть-Каменогорская, Капчагайская, они обеспечивают 10% потребности страны. Использование потенциальной энергии воды насчитывает 1000лет. Водяные колёса разных типов применялись в древних цивилизациях Азии и Востока. Наибольшее развитие они получили в 18 и в сер 19вв, став основным приводом для мельниц, станков, текстильных машин и т.п. В настоящее время гидроэнергия используется для получения электроэнергии. До сих пор считается, что наиболее экономично строить ГЭС высокой мощности. В мире начитывается около 130 станций; мощность наиболее крупных станций достигает 13ГВт. Как правило используется 2 типа турбин: радиально-лопастные, обычно с большим диаметром рабочего колеса до 10м и радиально-осевые с диаметром колеса до 7м, их КПД выше и они могут работать при значительном колебании напора воды от 45 до 120м. Для получения значительного напора воды и аккумулирования энергии стремятся строить станции с высокими плотинами. ГЭС долгое время считались экологически чистыми производствами, т.к. они не дают вредных выбросов. Однако это не так. Строительство ГЭС деформирует окружающую среду, т.к. при этом создаются огромные водные бассейны, заливаются плодородные пойменные земли и лесные массивы, с поверхности водохранилищ происходит интенсивное испарение воды. Известно, что площадь всех искусственных водоёмов в СНГ равна территории Франции. Американскими учёными установлено, что сооружения высотных плотин и накопление больших объёмов воды повышает сейсмичность в районе станции. Искусственное землетрясение наблюдалось также при заполнении водохранилища Нурекской ГЭС.

Учитель физики: Каковы меры преодоления негативного воздействия гидроэнергетики на окружающую среду?

Ответ учащегося: В некоторых водохранилищах из-за мелководий происходят неблагоприятные гидробиологические процессы, влекущие за собой разложение органических веществ и цветение воды, ухудшающие санитарное состояние водоёма. Это отрицательное влияние можно использовать для выращивания риса, водоплавающих птиц, ондатры, нутрии и т.д. Заиливание прибрежной зоны нежелательно во многих отношениях, но оно создаёт возможность получения удобрений из ила. В перспективе – создание малых ГЭС единичной мощности 30кВт на небольших водоёмах. Создавая малые ГЭС можно получить электроэнергию не воздействуя на природную среду так сильно, как при воздействии крупной ГЭС.

Учитель географии: Слово 3 группе. Проект по АЭС.

Ответ учащегося: АЭС в мире обеспечивают 17% мировой выработки электроэнергии; они работают уже в 32 странах мира. Больше всего АЭС в США, Франции, Японии, Германии, России, Канаде. А по доле АЭС в общей выработке выделяются Литва, Франция, Бельгия. Атомная энергетики вполне обеспечена сырьём. К числу главных производителей уранового концентрата относятся Канада, Австралия, Намибия, США, Россия. Единственная атомная электростанция в Казахстане находилась в городе Актау с реактором на быстрых нейтронах с мощностью в 350 МВт. АЭС работала в 1973-1999 годах. В настоящий момент атомная энергия в Казахстане не используется, несмотря на то, что запасы (по данным МАГАТЭ) урана в стране оценены в 900 тысяч тонн. Основные залежи находятся на юге Казахстане (ЮКО и Кызылординская области), западе в Мангыстау, на севере Казахстана (месторождение Семизбай).
Сейчас рассматривается вопрос о строительстве новой атомной электростанции мощностью 600 МВт в г. Актау. В стране эксплуатируются около 5 исследовательских ядерных реакторов.
Ядерный реактор – это техническая установка, в которой осуществляется самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер урана с освобождением ядерной энергии. Ядерный реактор состоит из активной зоны и отражателя, размещённых в защитном корпусе. Активная зона содержит ядерное топливо в виде топливной композиции в защитном покрытии и замедлитель. Топливные элементы имеют вид тонких стержней. Они собраны в пучки и заключены в чехлы. Такие сборные композиции называются сборками или кассетами. Вдоль топливных элементов двигается теплоноситель, который воспринимает тепло ядерных превращений. Нагретый в активной зоне теплоноситель двигается по контуру циркуляции за счёт работы насосов либо под действием сил Архимеда и, проходя через теплообменник, либо парогенератор, отдаёт тепло теплоносителю внешнего контура. Известно, что 1кг урана заменяет 20т угля. Мировые запасы энергоресурсов оценивается величиной в 13∙1012т урана.

Учитель физики: Почему АЭС считаются экологически более чистыми, чем ТЭС, с чем это связано?

Ответ учащегося: Радиоактивные выбросы угольной ТЭС в атмосферу при существующей эффективности очистки отходящих газов в 5-40 раз выше, чем АЭС. Это объясняется тем, что в одной тонне угля содержатся 1-2.5г урана и 2.5-5г тория. При расходе угля до 6млн.тонн в год общее количество урана и тория и продуктов из радиоактивного распада, проходящее через топку котлов ТЭС вместе с углём составляет от 1 до 2.5т урана и от 2 до 5т тория в год. Если на АЭС принимаются меры по локализации радиоактивных отходов, то на ТЭС и особенно вблизи золоотвалов наблюдается повышенный радиационный фон.

Учитель физики: Защита проектов закончена. Приступаем к новому этапу – решение физических

задач с экологическим содержанием 2 этап «Решение задач с экологическим содержанием»
1команде:
Сколько кубических литров природного газа нужно сжечь, чтобы повысить температуру 10л воды от 10 до 1000С? Удельная теплоёмкость воды 4200Дж/(кг∙0С), удельная теплота сгорания природного газа 4.4∙107Дж/кг. КПД нагревателя 25%. Что нужно, чтобы в окружающую среду попало как можно меньше вредных продуктов сгорания?
2 команде:
Электрическая лампа, мощностью 60 Вт опущена в прозрачный калориметр, содержащий воду массой 0.5кг. За 10мин вода нагрелась на 100С. Какую часть энергии, потребляемой лампой, калориметр пропускает в виде ЭМ излучения? Как можно уменьшить потерю энергии на излучение?
3 команде:
Какое количество воды может нагреть от 0 до 500С ветродвигатель, колесо которого имеет радиус 6м, за час работы при скорости ветра 10м/с? Какие превращения энергии происходят при этом? КПД установки 20%.

Учитель географии: Ископаемые виды топлива загрязняют окружающую среду и тому же их запасы не безграничны. Поэтому люди стремятся найти новые виды энергии, способные производить электричество и обеспечивать работу механизмов. Назовите альтернативные источники электроэнергии.
Расскажите о малоизвестных источниках энергии.
1 команда рассказывает о водородном топливе.
2 команда рассказывает о бионефти
3 команда рассказывает об использовании ветряков.
(тем временем проверяется решение задач)

Учитель географии: Переходим к 3 этапу урока «Установи соответствие»
Типы станций
А. ГЭС
Б. АЭС
В. ТЭС
Технико-экономические особенности
1. Наибольшая доля производимой энергии
2. Самая высокая стоимость строительства
3. Наибольшее загрязнение атмосферы
4. Самая низкая себестоимость производимой энергии
5. создание радиационной опасности
6. Возможность размещения в электродефицитных районах
Ответы: А 2,4; Б 5,6; В 1,3

1. Термодинамика
2. Калориметр
3. Вечный двигатель
4. Теплопередача
5. Тепловой двигатель
6. КПД
7. детонация
1. Способ изменения внутренней энергии тела
2. Явление самовоспламенение горючей смеси, происходящее ещё до того, как поршень достигает верхней мёртвой точки
3. Учение о теплоте и работе
4. Устройство, которое может совершать неограниченно долго работу без затрат энергии
5. Устройство, уменьшающее теплообмен содержимого внутреннего сосуда с внешней средой
6. Двигатель, который превращает внутреннюю энергию топлива в механическую работу
7. Величина, показывающая насколько эффективно используется подводимая к машине энергия
Ответы: 1-3, 2-5, 3-4, 4-1, 5-6, 6-7, 7-2
Подведение итогов урока. Награждение команд