УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ВИТЕБСКОГО ОБЛИСПОЛКОМА

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ВИТЕБСКОГО ОБЛИСПОЛКОМА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«ВИТЕБСКИЙ ОБЛАСТНОЙ ИНСТИТУТ РАЗВИТИЯ ОБРАЗОВАНИЯ»
Интеграция вопросов энергосбережения
в содержание учебного предмета «Физика»
Методические материалы
Витебск  2009
2
74.262.22
И 73
Печатается по решению редакционно-издательского совета Государственного
учреждения образования «Витебский областной институт развития образования»
Составитель: И.А.Ситникова, начальник центра развития регионального образования ГУО «ВО ИРО»;
Т.Г.Сороко, методист отдела экономики образования и международного сотрудничества ГУО «ВО ИРО»;
С.М.Шингарёва, методист отдела общеобразовательных дисциплин ГУО «ВО ИРО»
Рецензенты: И.В.Галузо, заведующий кафедрой методики преподавания
физики и астрономии УО «ВГУ им.П.М.Машерова», кандидат
педагогических наук;
Л.В.Шаповал,
методист
отдела
информационноаналитической работы ГУО «ВО ИРО»
Интеграция вопросов энергосбережения в содержание учебного предмета
«Физика»: методические материалы. – Витебск: ГУО «ВО ИРО», 2009. – 59 с.
В сборнике представлены рекомендации по интеграции вопросов энергосбережения в содержание учебного предмета «Физика», а также методические разработки уроков и факультативных занятий по данному направлению,
представленные на областной конкурс «Воспитание культуры энергосбережения как основа повышения благосостояния каждого человека».
Материалы предназначены в помощь слушателям курсов повышения
квалификации, учителям-предметникам.
3
Введение
Чаще всего мы рассматриваем вопросы энергосбережения с позиции сегодняшней экономики и анализа общих запасов в различных источниках энергии на Земле. Однако изучение вопросов, связанных с энергосбережением, в
курсе физики позволяет, наряду с традиционными аспектами, значительно расширить знания учащихся в данной области, осознать, что будущее планеты зависит и от каждого из них лично.
В 1992 г. в Бразилии, в Рио-де-Жанейро состоялась конференция Организации Объединенных Наций (ООН) по окружающей среде и развитию. На ней
присутствовали представители 197 стран мира. На конференции была принята
так называемая «Программа устойчивого развития». Основная идея этой программы состоит в том, что на всех уровнях современного общества: межгосударственном, государственном, местном, индивидуальном – должны быть приняты срочные меры по предотвращению всемирной экологической катастрофы.
Каждый из нас должен осознать свою ответственность за будущее планеты.
Ключевую роль в предотвращении экологической катастрофы играет
энергосбережение. Проблема разумного использования энергии является одной из наиболее острых проблем человечества. Современная экономика основана на использовании энергетических ресурсов, запасы которых истощаются и
не возобновляются. Кроме того, современные способы производства энергии
наносят непоправимый ущерб природе и человеку. Медики считают, что здоровье людей на 20% зависит от состояния окружающей среды.
Загрязнение атмосферы при использовании невозобновляемых источников энергии ведет к всеобщему потеплению, таянию полярных льдов и повышению уровня Мирового океана в течение последующих веков. Никто не знает,
когда именно скажутся эти изменения, но комиссия ООН по климату утверждает, что всеобщее потепление уже началось. Необходимо что-то делать уже сейчас для предотвращения экологической катастрофы. Эффективное использование энергии – ключ к успешному решению экологической проблемы!
Самый простой способ уменьшить загрязнение окружающей среды – беречь энергию, или, другими словами, расходовать энергию более разумно. Одним словом это называется «энергосбережение». Экономить энергию должно
все человечество и каждый человек в отдельности. Используя меньше невозобновляемых источников энергии, мы уменьшаем количество вредных выбросов
в атмосферу. Сэкономленную энергию можно использовать взамен вновь производимой и за счет этого тоже снизить загрязнение окружающей среды. Кроме
того, энергосбережение выгодно экономически. Мероприятия по экономии
энергоресурсов в 2,5 - 3 раза дешевле, чем производство и доставка потребителям такого же количества вновь полученной энергии.
Самый лучший в мире источник энергии – солнечные лучи – достигают
Земли за 8 минут 15 секунд. Почти вся энергия, которую мы потребляем, исходит от Солнца. Даже такие невозобновляемые источники энергии, как нефть,
уголь и газ, образовались благодаря энергии Солнца. Без Солнца жизнь на Земле прекратится. За 15 минут Солнце посылает столько энергии, сколько хватает
4
человечеству на целый год. Если научиться разумно использовать эту энергию,
то можно будет решить энергетические проблемы в будущем.
Потребление энергии человечеством непрерывно растет. Разница между
человеком каменного века и современным человеком огромна, особенно в использовании энергии. Пещерный человек потреблял около 1% того количества
энергии, которую потребляет современный житель Земли. Значит, на Земле
стало больше энергии? Нет! Она стала более доступна, но её не стало больше,
чем раньше. Количество энергии в природе постоянно. Она не возникает из ничего и не может исчезнуть в никуда. Она просто переходит из одной формы в
другую. Никто еще не смог доказать это теоретически, но факт остается фактом, и это надо признать и придерживаться этого до тех пор, пока кто-нибудь
не докажет обратное.
Энергия
Понятие энергии является основополагающим понятием в физике и поэтому вводится уже в курсе 7 класса. В последующих классах это понятие расширяется, углубляется, конкретизируется.
Большинство ученых-астрофизиков считает, что наша Вселенная возникла около 20 миллиардов лет назад. В этот момент вся энергия и масса были
спрессованы в ничтожно малом объеме, можно сказать, в одной точке. Энергия
не могла удерживаться в таком состоянии, в результате произошел так называемый Большой Взрыв и наша Вселенная начала расширяться. Нет необходимости подробно изучать сейчас эту теорию – важно то, что энергия существовала
с самого начала и будет существовать вечно.
Так что же такое энергия? Этот вопрос так же легко задать, как трудно на
него ответить. Начнем с того, что энергия – это абстрактное понятие, введенное
физиками для того, чтобы описывать едиными терминами различные явления,
связанные с теплотой и работой.
Это оказалось так удобно, что сейчас энергия является фундаментальным
понятием не только во всех естественных науках, но и во всех сферах жизни.
Мы говорим: «Он энергичный человек» – и всем понятно, о каких качествах
человека идет речь. Невозможно представить себе деятельность, которая не
связана с энергией, ведь даже процесс мышления требует энергии.
Конечно, можно рассуждать о том, как обеспечить достаточное количество энергии в будущем, не зная ничего о её свойствах. Точно так же можно
наслаждаться телепередачей, не зная устройства телевизора и умея только
нажимать кнопки. Но если заглянуть немного глубже в природу энергии, это
даст ключ к пониманию многих проблем окружающей среды и убедит в необходимости искать новые пути получения энергии в будущем. В результате знакомства с проблемами энергопотребления возникают определенные навыки и
образ мышления, необходимые для жизни в будущем обществе.
Мы описываем предметы и окружающую обстановку, используя такие
физические понятия и величины, как цвет, вес, температура, скорость и т.д. Не
5
все эти величины мы используем одновременно или не все они одинаково важны для нас. Тем не менее, одна величина – энергия – присутствует всегда и везде.
Энергия проявляется в различных формах.
 Все, что движется, благодаря этому движению обладает кинетической
энергией. Кинетическая энергия – энергия движения.
 Если между телами, находящимися на расстоянии друг от друга, действует сила (например, притяжение между Землей и Луной), то эти тела обладают потенциальной энергией. Потенциальная энергия - энергия взаимодействия. Она зависит от положения тел относительно друг друга, поэтому можно сказать, что потенциальная энергия – энергия положения. Потенциальная энергия готова выплеснуться наружу, превратиться в энергию движения. Поэтому её и называют «потенциальной», т.е. «скрытой»,
«возможной».
 Общее название этих двух форм энергии – механическая энергия.
Существуют и другие формы энергии. Когда сжигается дерево в печи,
химическая энергия, запасенная в дровах, освобождается и переходит в тепловую энергию. Высоковольтные линии электропередач и электропровода в квартире несут электрическую энергию. Солнце излучает огромное количество световой энергии. Ядерная энергия превращается в электрическую энергию на
атомных электростанциях. Можно говорить о мышечной энергии, приливной
(энергия морских приливов), энергии волн, ветровой энергии, биоэнергии.
Энергия – мера того, что может произойти.
Различные формы энергии важны сами по себе, но еще более важно то,
что происходит, когда энергия переходит из одной формы в другую. Все движущиеся предметы имеют кинетическую энергию. Когда предмет останавливается, его кинетическая энергия переходит в другую форму. Если предмет находится на высоте над какой-то поверхностью, он имеет потенциальную энергию
относительно этой поверхности. При падении с этой высоты его потенциальная
энергия перейдет в кинетическую энергию.
Это две простые иллюстрации общего правила: каждый раз, когда энергия меняет форму, что-то происходит, и наоборот, каждый раз, когда что-то
происходит, энергия меняет форму.
Если суммировать все в коротком предложении, которое описывает энергию, можно сказать: энергия – это то, что может заставить что-нибудь произойти. Но ни один самый знаменитый физик не ответит на вопрос: «Что такое
энергия?». Она просто существует, и все.
Если энергия существует, надо уметь её измерять. В быту электроэнергия
измеряется в киловатт-часах (кВт•ч).
1 кВт•ч – это примерно то количество энергии, которое необходимо, чтобы разогнать 10-ти тонный грузовик с места до скорости 100 км/ч. Столько же
энергии бесполезно расходует за сутки оставленная включенной в пустой комнате 40-ваттная лампочка.
В физике энергия измеряется в джоулях (Дж).
6
Законы сохранения и превращения энергии
Законы сохранения и превращения энергии в частных случаях начинают
изучаться с 7 класса, где дается закон сохранения механической энергии. Далее,
в 8 классе закон рассматривается в применении к тепловым процессам, а в 10
классе формулируются законы термодинамики. Целесообразно расширить знания учащихся о законах сохранения и превращения энергии за счет дополнительного материала.
Физики сформулировали два важных энергетических закона. Эти законы
фундаментальные, т.е. их нельзя нарушить: они действуют везде и всегда, независимо от вашего желания и даже независимо от того, знаете вы их или нет. У
этих законов много названий, и выражаются они по-разному. Первый закон часто называют Закон сохранения энергии, а второй – Закон возрастания энтропии. Образно первый закон можно назвать законом количества, а второй – законом качества энергии.
В различных источниках встречаются разные формулировки закона сохранения энергии, и целесообразно познакомить учащихся с несколькими вариантами:
 Энергия не может исчезнуть бесследно или возникнуть ниоткуда.
 Энергия может менять только форму и место.
 Количество энергии во Вселенной неизменно.
Откуда мы знаем, что энергия сохраняется, если даже не можем точно
сказать, что такое энергия? Но физики и энергетики научились измерять различные формы энергии. Если сложить все значения, соответствующие разным
формам энергии, то сумма их всегда будет одинаковой. Если вдруг выясняется,
что энергия не сохраняется в каком-то явлении, ученые придумывают новую
форму энергии и говорят, что «исчезнувшая» энергия на самом деле не исчезла,
а превратилась в эту новую форму. И снова общая сумма остается неизменной!
Может показаться, что сохранение энергии – просто выдумка ученых. Но это не
так. Например, с помощью закона сохранения энергии были предсказаны теоретически и потом открыты экспериментально новые элементарные частицы. С
древних времен и до наших дней люди, не верящие в закон сохранения энергии,
пытаются построить устройство, которое совершало бы полезную работу, не
расходуя энергии, т.е. не получая её ниоткуда. Это так называемый вечный
двигатель. На первый взгляд, в чертежах все хорошо и должно работать. А
включаешь – не работает. И не будет! Закон сохранения энергии запрещает. А
если все-таки работает – где-то спрятан источник энергии. Если совершается
полезная работа – обязательно тратится энергия! За всю историю человечества
никто и никогда не наблюдал нарушения закона сохранения энергии.
В соответствии с законом сохранения энергии неправильно говорить о
«расходовании» энергии. Как будто её израсходовали, и она исчезла, как израсходованные деньги исчезли из кошелька. Нет, энергия перешла в другую форму, может быть, бесполезную для нас, или даже вредную. Можно говорить о
7
расходовании электрической энергии – при этом она переходит в тепловую
энергию.
Этот закон дает простое решение проблемы нехватки энергии в будущем.
Беречь энергию и использовать её повторно, превращая в ту форму, которая
нужна.
Второй закон энергии объясняет, почему это все не так просто.
Тепловые машины превращают тепловую энергию в удобную для потребления энергию, например, механическую или электрическую. Бензиновый
двигатель – пример такой машины. Тепловые машины превращают энергию не
очень экономно. Большинство тепловых электростанций превращают в электроэнергию не более 40% энергии, получаемой при сгорании нефти, газа или
угля. При этом оставшиеся 60% энергии выбрасываются в окружающую среду
в виде тепла. Атомные электростанции в этом смысле ещё хуже. Реально они
превращают в электроэнергию не более 30% энергии ядерного горючего, а 70%
уходят на нагревание окружающей среды.
Не все формы энергии для потребителей одинаково ценны: у них разное
энергетическое качество. Что это значит? Сравним одинаковые количества
электрической и тепловой энергий. Первую можно использовать и для освещения, и для обогрева, и для совершения механической работы. Вторую можно
использовать практически только для обогрева, и при этом значительная её
часть при передаче на расстояние безвозвратно теряется для потребителя. Та
или иная форма энергии обладает высоким качеством, если большая часть
энергии в этой форме может превращаться в другую полезную форму с малыми
потерями. Чем большую часть данного вида энергии можно использовать для
производства полезной работы, тем выше качество данного источника энергии.
Вот почему в приведенном примере качество электрической энергии выше, чем
тепловой.
Можно классифицировать формы энергии по качеству следующим образом.
Отличное качество. Примеры: потенциальная энергия, кинетическая
энергия, электрическая энергия.
Высокое качество. Примеры: ядерная энергия, химическая энергия, высокотемпературная тепловая энергия (температура выше 100 °С).
Низкое качество. Пример: низкотемпературная тепловая энергия (температура ниже 100 °С).
Возникает вопрос, почему ядерная энергия имеет высокое качество, а
атомные электростанции дают так мало полезной энергии (только 30%)? Дело в
том, что на АЭС электрическая энергия вырабатывается электрическими генераторами, которые приводятся во вращение паровыми турбинами, как на обычных тепловых электростанциях. Ядерная энергия в ядерном реакторе преобразуется сначала в тепловую, а затем в турбине и генераторе – в электрическую.
Ядерная энергия превращается в тепловую очень хорошо, а вот тепловая в
электрическую – как и на обычных тепловых электростанциях – не очень.
Таким образом, любое энергетическое превращение сопровождается образованием тепла, которое, в конце концов, безвозвратно рассеивается в окру-
8
жающую среду. Иными словами, полезная энергия убывает. Теряется не энергия вообще, а энергия, которая могла бы быть направлена для производства полезной работы.
Об этом свойстве энергии говорит второй закон: высококачественная
энергия способна превращаться в низкокачественную с малыми потерями, но
обратное превращение невозможно.
Вообще, конечно, можно получать энергию более высокого качества из
низкокачественной. Например, можно превратить часть высококачественной
энергии в энергию отличного качества, скажем, химическую энергию в электрическую на тепловой электростанции. Но одновременно при этом бóльшая
часть начальной высококачественной энергии будет превращаться в энергию
низкого качества (тепловую). В результате все равно качество энергии в целом
снижается.
Это фундаментальное свойство энергии и её превращений (2 закон) можно выразить ещё в такой форме: невозможно создать машину, которая полностью превращала бы данное количество тепловой энергии в полезную работу.
Или: когда данное количество энергии превращается в другую форму, качество
энергии снижается. Именно поэтому второй закон иногда называют законом
качества энергии.
Данный подход к изучению в курсе физики законов сохранения и превращения энергии позволяет учащимся более глубоко вникнуть в проблемы
энергосбережения.
Энергосбережение
Что понимают под словом «энергосбережение»? Не считая борьбы с откровенной бесхозяйственностью при использовании энергии (хотя бороться с
ней, конечно же, нужно), можно выделить три основных направления энергосбережения:
 полезное использование (утилизация) энергетических потерь,
 модернизация оборудования с целью уменьшения потерь энергии,
 интенсивное энергосбережение.
Примером утилизации энергетических потерь может служить использование тепловых «отходов» промышленного производства для обогрева теплиц.
При модернизации уменьшаются потери энергии в уже действующем оборудовании, но не изменяются сами принципы технологии и техники. Примером может служить установка систем автоматического регулирования процессов горения на котлах электростанций, уплотнение окон и дверей при ремонте зданий,
использование окон с тройным остеклением и т.д. Интенсивное энергосбережение подразумевает полную реконструкцию оборудования и введение новых
принципов его работы, существенно сокращающих потребление энергии. Примером может служить замена двигателей внутреннего сгорания в автомобилях
на электродвигатели с питанием от солнечных элементов (электромобили).
9
Целесообразно обратить внимание учащихся на первые два направления
при изучении тепловых явлений в 8 классе (приложения 1, 5), при изучении
электромагнитных явлений в 8 классе и электромагнитных колебаний в 11
классе (приложения 1, 3, 6, 7). Хорошие результаты дает организация исследовательской деятельности учащихся по вопросам энергосбережения в быту.
Источники энергии
Понятия невозобновляемых и возобновляемых источников энергии вводятся в курсе географии. Но необходимо связать эти понятия с физическим понятием энергии. В программе 11 класса различные источники электрической
энергии изучаются в теме «Электромагнитные колебания и волны». Однако
программная классификация источников электроэнергии на традиционные и
возобновляемые не совсем корректна.
Невозобновляемые источники энергии
Множество различных природных соединений, содержащих большие запасы энергии, находится в недрах Земли. Важнейшие из них – нефть, уголь,
природный газ, торф и уран. Первоначально энергия, запасенная в этих источниках, также в основном исходила от Солнца. Тем не менее, это невозобновляемые источники. Невозобновляемые потому, что только ничтожное количество
солнечной энергии каждый год превращается в энергию невозобновляемых источников, и нужны миллионы лет, чтобы эти ничтожные количества выросли
до больших залежей угля, нефти, газа. Энергия невозобновляемых источников
хранится только на Земле. Пока человечество не начало использовать невозобновляемые источники, количество запасенной в них энергии оставалось неизменным. Но как только люди стали использовать невозобновляемые источники,
количество запасенной в них энергии стало необратимо уменьшаться. Скорость, с которой расходуются невозобновляемые источники энергии, во много
раз превышает скорость их образования. Поэтому рано или поздно они будут
исчерпаны. Это их первый недостаток. Однако на сегодняшний день ученые
работают над технологией искусственного создания углеводородного топлива
под высоким давлением, моделируя условия в недрах Земли.
Надо стремиться расходовать как можно меньше энергию невозобновляемых источников и как можно больше – возобновляемых. Если мы используем
дрова для отопления и взамен срубленных деревьев сажаем и выращиваем новые – это, без сомнения, возобновляемый источник энергии.
Второй большой недостаток таких источников энергии – они наносят
огромный вред природе. Почему же человечество продолжает использовать невозобновляемые энергоисточники, несмотря на их недостатки? На это есть несколько причин: экономические (желание получить сиюминутную прибыль),
психологические (нежелание менять привычный уклад жизни) и даже политические (энергия – это власть).
10
Возобновляемые источники энергии
Огромные количества солнечной энергии постоянно поступают на Землю. Примерно треть этой энергии отражается атмосферой Земли, 0,02% используется растениями для фотосинтеза, а остальное идет на поддержание очень
многих природных процессов: обогрев земной коры, океана и атмосферы, движение воздушных масс (ветер), волн, океанских течений, испарение и круговорот воды (приложения 1,8).
Эта огромная энергия, поступающая на Землю, тем не менее не ведет к
всеобщему потеплению, потому что после того, как она прошла через природные процессы, она излучается обратно в космическое пространство. В течение
миллионов лет природа приспособилась к этим огромным потокам энергии и
достигла всеобщего теплового равновесия.
Когда используются возобновляемые источники энергии, это делается
двумя путями. Можно использовать солнечную энергию напрямую, например,
в солнечных батареях. Большие панели солнечных батарей установлены на
обитаемых космических станциях. В солнечной батарее световая энергия
Солнца превращается в электрическую энергию. В тех местностях, где в году
много солнечных дней, можно установить солнечные батареи на крыше и использовать энергию Солнца в бытовых целях. Есть даже проекты автомобилей,
которые движутся за счет энергии, вырабатываемой в солнечной батарее, установленной на крыше такого автомобиля.
Второй путь – использовать энергию того или иного природного процесса. По такому пути идут, используя энергию воды в гидроэлектростанциях,
энергию морских приливов в приливных электростанциях, энергию ветра в ветровых электростанциях. Много внимания уделяется в последнее время разработке установок по производству биогаза, других видов биотоплива.
При использовании возобновляемых источников энергии увеличение
энергопотребления на Земле не нарушает всеобщее тепловое равновесие и не
приводит к всеобщему потеплению. Мы не изменяем количество энергии, поступающей на Землю и уходящей с Земли. Отсюда первое преимущество таких
источников энергии – они не наносят вреда природе.
Возобновляемые источники энергии постоянно пополняют свою энергию
от Солнца, и их хватит на миллионы, если не на миллиарды лет - до тех пор,
пока существует Солнце. Это их второе преимущество.
Преимущества тех или иных источников энергии могут быть рассмотрены при изучении сгорания топлива, работы различных двигателей, принципов
получения электрической энергии на различных электростанциях. Необходимо
обратить внимание учащихся на то, что в природе нет идеальных энергоисточников, можно лишь говорить о степени их воздействия на окружающую среду.
11
Энергосбережение и охрана окружающей среды
Развитие энергопроизводства для удовлетворения потребностей человечества в энергии неразрывно связано с проблемами экологии. Объекты энергетики дают до трети всех выбросов в окружающую среду окислов азота и серы.
Сжигание топлива переводит природный кислород в углекислый газ, угрожая
Земле парниковым эффектом, а атомные станции в случае аварий — радиоактивным заражением.
Вопрос о сохранении природы превращается в вопрос выживания человечества. Экономический рост, основывающийся на традиционных принципах,
становится угрожающе опасным. И если на всех предшествующих этапах общество стремилось максимально преобразовать природу с целью приспособления к своим потребностям, то теперь оно само вынуждено приспосабливаться,
видоизменяя свою жизнедеятельность и, прежде всего, общественное воспроизводство, с учетом необходимости поддержания экологического равновесия,
обеспечения экологически устойчивого социально-экономического развития
общества.
На Земле используется очень много энергии. Используя меньше энергии,
мы уменьшаем загрязнение окружающей среды. Говоря точнее, мы должны использовать меньше невозобновляемых источников энергии и больше возобновляемых источников. Энергосбережение является самой важной мерой по спасению окружающей среды.
Много внимания уделяется вопросам экологии в курсе физики: влияние
тепловых двигателей на состояние окружающей среды, экологические проблемы использования тепловых машин рассматриваются в 8 и 10 классах, экологические проблемы производства электрической энергии и перспективы их решения – в программе 11 класса. В отдельную тему выделено рассмотрение проблем ядерной энергетики, особенно в свете строительства АЭС на территории
Беларуси. Проведение таких уроков в форме дискуссии, диспута, конференции
позволяет формировать у учащихся активную жизненную позицию по основным экологическим проблемам (приложение 2). Важно не только выделить основные экологические проблемы, но и определить возможные пути их решения
через энерго- и ресурсосбережение, в том числе и на бытовом уровне, определить возможности своего участия в этих процессах.
Решение физических задач с элементами энергосбережения
При формировании у учащихся положительного отношения к энергосбережению на уроках физики важную роль играет решение физических задач
энергосберегающего характера. В задачах, как правило, моделируются реальные ситуации, рассчитываются реальные показатели экономии топлива, электроэнергии, денежных средств, рассматриваются отдельные способы энергосбережения. При этом задачи данной направленности могут использоваться в
большинстве тем курса физики. Приведенные ниже задачи могут служить примером такого использования.
12
Учащимся могут предлагаться задания на составление таких задач.
Тепловые явления.
1. Среди полезных хозяйственных советов часто встречается такой: если вы
храните картошку зимой на лоджии, чтобы картошка не замерзла, в ящик, где
она хранится, поместите электрическую лампочку и включайте её периодически (например, на ночь). Зачем? Разве в темноте холоднее, чем на свету?
2. Рассчитайте, сколько газа необходимо было сжечь для нагревания воды, которую использует ваша семья для мытья под душем в течение недели и в течение года. При сжигании 1 м3 природного газа выделяется 35,5 МДж энергии.
Если вы живете в доме, где нет горячего водоснабжения, рассчитайте, сколько
электроэнергии вы тратите для нагревания воды для хозяйственных нужд.
3. В какой цвет необходимо покрасить радиатор отопления, чтобы в квартире
стало теплее?
4. Какого цвета должны быть трубы, используемые при прокладке теплотрасс
по поверхности земли?
5. Почему в инструкции к холодильнику рекомендуют незамороженные продукты положить на верхнюю полку морозильной камеры, а уже замерзшие переместить в нижнюю камеру для хранения?
6. При проведении теплоизоляции дома температура в помещении увеличилась на 2°C. Какое количество теплоты нужно было бы затратить для нагревания помещения на 2°C, если объем комнаты 54 м3
7. На умывание, мытье посуды, прием душа уходит в среднем до 500 литров
воды в сутки при температуре около 50°C. Рассчитать, какое количество теплоты можно получить, если собрать эту воду в аккумулирующие емкости, находящиеся при температуре окружающей среды в 20°C.
8. Две скважины диаметром 20 см соединены на глубине 25 км. В одну из труб
закачивают воду. Проходя через недра Земли, вода превращается в пар при
температуре 150°C и выходит на поверхность через вторую трубу. Определить,
какое количество теплоты выделяется при переходе пара в воду при температуре 20°C.
9. По данным Министерства природных ресурсов Республики Беларусь, утепление окон приводит к уменьшению потребляемой энергии на отопление на
10%. В какую сумму обойдутся потери тепла при неутепленных окнах, если на
отопление квартиры площадью 60м2 требуется в среднем 0,45 Гкал энергии в
месяц, отопительный сезон продолжается 5 месяцев, тариф составляет 32460
руб./Гкал?
Законы сохранения в механике
1. На паспорте электросчетчика обозначено «1 кВт•ч равен 14680 оборотов
якоря». Когда вы взглянули на счетчик, то обнаружили, что его диск сделал 120
оборотов за 50 с. Определите потребляемую на этот момент времени мощность
подключенных приборов и сколько вы заплатите за час их работы. Тариф – 93
руб./ кВт•ч.
13
2. Самый известный (но не самый большой) Ниагарский водопад имеет высоту
примерно 50 м, расход воды 5900 м3/с. Если бы всю энергию Ниагарского водопада можно было бы превратить в электрическую, сколько квартир, таких,
как ваша, можно было бы обеспечить электроэнергией в течение месяца?
3. Какое количество воды может нагреть от 0° С до 50° С ветродвигатель с
диаметром колеса 6 м за один час при скорости ветра 10 м/с? КПД установки
принять равным 20%.
4. Какую мощность будет иметь генератор, соединенный с ветряным колесом,
если длина лопасти 7,5 м при средней скорости ветра 10 м/с? КПД установки
75%.
Законы постоянного тока
1. Когда вы израсходуете больше энергии: готовя уроки за письменным столом с настольной лампой мощностью 60 Вт в течение 3 часов или включив
электрический чайник мощностью 600 Вт на 10 минут?
2. Вагон освещается пятью лампочками, включенными последовательно.
Уменьшится ли расход электроэнергии, если уменьшить число лампочек до четырех?
3. Какую лампочку выгоднее приобрести: лампу накаливания мощностью 60
Вт и стоимостью 600 руб. или люминесцентную с мощностью 15 Вт, стоимость
которой составляет 1600 руб. Срок службы ламп приблизительно 6000 ч. Тариф
за электроэнергию 93 руб./кВт•ч.
4. Для принятия ванны необходимо приготовить 320 л воды при температуре
450С. В электрическом водонагревателе температура воды 780С, а из водопровода течет вода при 80С. Сколько необходимо горячей воды для приготовления
ванны и каков при этом расход электроэнергии? КПД электронагревателя 65%.
Сколько вы заплатите за потраченную электроэнергию?
5. Используя новые технологии, произвели лампы, сопротивление которых в 5
раз меньше. Определить экономию электроэнергии в кВт•ч за сутки, если в
здании до замены было 13 ламп по 100 Вт каждая.
6. При переходе на летнее время увеличивается время бодрствования людей в
светлое время суток в среднем на 45 минут. Сколько электроэнергии сберегается за месяц в помещениях с 5 лампами мощностью по 80 Вт каждая?
7. Произведя замеры освещенности помещений в доме, выяснили факт, что в
трех помещениях избыточная освещенность на 60%, в одном избыточная на
20%. Какую экономию электроэнергии за сутки даст замена ламп на менее
мощные, если в помещениях находится 14 ламп мощностью по 100 Вт каждая?
8. Насос мощностью 10 кВт, рассчитанный на напряжение 220 В, заменили новым, у которого КПД на 10% больше. Определить, на сколько уменьшится расход электроэнергии при подъеме 5 м3 воды на высоту 15 м.
9. Мощность малой ГЭС составляет 7 МВт. Рассчитайте численность населения города, который может обеспечить электроэнергией ГЭС, если в среднем
одна квартира потребляет в месяц 80 кВт•час, в квартире проживает 4 человека.
14
10. Опытная ветроустановка мощностью 250 кВт способна обеспечить электроэнергией городок с численностью 2 тысячи жителей. На сколько можно увеличить численность жителей городка, если в результате реконструкции ветроколеса КПД повысился на 7%?
11. В школе произвели замену ламп накаливания на энергосберегающие лампы. Мощность новых ламп при одинаковой освещенности помещений меньше в
5 раз. Определите, какое количество электроэнергии удалось сберечь за месяц,
если в школе заменили 300 ламп по 100 Вт и 150 ламп по 75 Вт каждая.
12. Электрическая плитка с регулируемой мощностью имеет 3 спирали одинакового сопротивления R. Рассчитайте, как нужно включить эти спирали, чтобы
потребление электроэнергии было минимальным.
Электромагнитные колебания и волны
1. Сечение медного провода для устройства линии от электростанции до потребителя общей длиной 1 км равно 109 мм2. Напряжение на шинах станции
130 В. Найдите допустимую потерю энергии на линии передач, если потребителю необходимо передать мощность 8 кВт.
2. При использовании новых технологий при строительстве ЛЭП удалось снизить потери электроэнергии на 10%. Какую часть мощности удалось сберечь,
если сопротивление линии передач 6 Ом, мощность линии составляет 500 МВт
при напряжении в цепи 100 кВ.
3. При реконструкции ЛЭП установили повышающие трансформаторы и подняли напряжение со 100 кВ до 500 кВ. Во сколько раз уменьшились потери, если линия рассчитана на 500 МВт?
Основы термодинамики
1. При проведении реконструкции турбогенератора улучшили теплоизоляцию
трубопровода. Температура холодильника уменьшилась на 5°C. На сколько
изменилась КПД установки, если температура нагревателя составляет 95 °C?
2. Во сколько раз максимально возможный КПД двигателя внутреннего сгорания больше, чем максимально возможный КПД паровой машины, работающей
на перегретом газе при температуре 3000С, если температура газов в цилиндре
двигателя достигает 10000С? Отработавшие газы и пар имеют температуру,
равную 1000С.
Ядерная физика
1. При делении одного ядра
U на два осколка выделяется 200 МэВ энергии. Какое количество энергии освобождается при «сжигании» 1 г этого изотопа? Какое количество каменного угля нужно сжечь, чтобы получить такое же
количество энергии?
2. Сколько граммов урана с молярной массой 0,338 кг/моль расщепляется в
ходе суточной работы атомной электростанции, тепловая мощность которой
1,0 • 106Вт? Дефект массы при делении ядра урана составляет 4,0 • 10-28 кг. КПД
станции 20 %.
235
92
15
Приложение 1
Круглый стол: “Энергосбережение: проблемы и перспективы”
Учитель физики Е.А.Леонович, учитель информатики С.З.Яскевич, учитель обслуживающего труда И.Г.Маркович, УО “Плинская ГОСШ Ушачского района”
Цель:
 привлечь внимание учащихся к проблеме бережного отношения к энергоресурсам в быту;
 формировать навыки экономии электроэнергии и воды;
 воспитывать рачительное отношение к природным ресурсам.
Оборудование: мультимедийная установка.
Ведущий 1:
– Здравствуйте, дорогие ребята. Сегодня мы поговорим о проблеме энергосбережения. Наше занятие пройдет в форме круглого стола. В заседании
«круглого стола» примут участие экономисты, теплотехники, энергетики, экологи (учащиеся школы).
Ведущий 2:
– Почему необходима экономия и бережливость? Надо ли экономить то,
чего, на первый взгляд, у нас достаточно: обычную воду, хлеб, электроэнергию? Открыл кран – из него бежит звонкая, прозрачная струя воды. Лей сколько угодно! Щёлкнул выключателем – разольётся по комнате яркий свет электрической лампочки. Проголодался – на столе всегда румяный и душистый
хлеб.
Но ведь не так просто и легко было заставить воду войти в наш дом.
Сколько знаний потребовалось, чтобы загорелась электрическая лампочка! Да и
каравай не сам готовый прыгнул тебе на стол.
Много человеку потребовалось труда, ума, изобретательности, чтобы
разные явления природы стали друзьями и верными помощниками. А если они
помощники и друзья, о них надо заботиться, их надо любить и беречь. Ведь богатства земные не беспредельны.
Ведущий 1:
– Мы живем на планете Земля – это и есть наш общий дом. У нас над головой общая крыша – голубое небо. У нас под ногами общий пол – зелёная поверхность планеты. У нас на всех одна лампа и печь – ласковое солнышко. Нам
только кажется, что Земля наша огромная и необъятная. А если взглянуть на
неё из космоса, то не такая уж она и большая. Всего за полтора часа можно облететь на космическом корабле. Так что нам действительно надо хорошо знать,
любить и беречь Дом – Землю, на которой мы живем.
Истощение природных ресурсов и негативные изменения в окружающей
среде вызвали серьёзную озабоченность разных групп людей, правительственных организаций во всем мире. Поэтому последние годы отмечены поиском
нового подхода к природопользованию.
16
Энергия – это абстрактное понятие, которое физики ввели для того, чтобы описать едиными терминами различные явления, связанные с теплотой и
работой. Ни один самый знаменитый физик не ответит на вопрос: «Что такое
энергия?» Она существует независимо от нашего понимания. Энергия проявляется в различных формах: механическая, тепловая, световая, химическая, электрическая и др.
Когда мы сжигаем древесину в печи, химическая энергия, запасённая в
дровах, переходит в тепловую. То же самое происходит при сжигании газа,
торфа, угля и других веществ. Высоковольтные линии электропередач и провода в нашей квартире несут электрическую энергию. Солнце излучает огромное
количество световой энергии. Ядерная энергия превращается в электрическую
на атомных электростанциях.
Источники энергии (энергоресурсы) бывают возобновляемыми и невозобновляемыми.
Все возобновляемые источники энергии черпают свои силы от Солнца. За
15 минут Солнце посылает нам столько энергии, что человечеству хватает на
целый год. К возобновляемым источникам энергии также относится сила воды,
сила ветра, сила морских приливов, океанских течений.
Множество различных природных соединений, содержащих большие запасы энергии, находится в недрах Земли. Это невозобновляемые источники
энергии. Нужны миллионы лет, чтобы солнечная энергия помогла восполнить
израсходованные человеком запасы недр Земли. Поэтому рано или поздно они
будут исчерпаны. Это природный газ, нефть, уголь, торф. Большим недостатком этих источников является то, что существующие способы их использования наносят большой вред природе.
Самый дешёвый и экологически чистый «источник» энергии – это энергосбережение, т.е. более эффективное использование энергии во всех сферах
жизни общества и поиск путей снижения её потребления без ущерба для комфортной жизнедеятельности человека.
Ведущий 1:
– А сейчас мы поговорим об обязательных условиях успеха решения вопросов экономного энергопользования.
Эксперт:
– На мой взгляд, для успешного решения этого вопроса должны выполняться следующие условия:
1. Люди должны быть психологически настроены и иметь желание экономно расходовать энергоресурсы.
2. Каждый должен знать способы энергосбережения и уметь их использовать в повседневной жизни.
3. Экономное использование всех энергоресурсов должно стать нормой
на подсознательном уровне, а этому надо учиться с детства.
Я хочу предложить способы, которыми можно достичь желаемого результата:
1. Учёт, регулирование и контроль над энергопотреблением.
2. Снижение тепловых потерь сквозь оконные и дверные проёмы.
17
3. Повышение теплоотдачи отопительных приборов (например, установить отражающий экран на радиаторы и под подоконником из блестящей плёнки,
между экраном и стеной положить теплоизолирующий слой войлока, очищать
радиаторы от пыли, изолировать трубы горячей воды войлоком или другим материалом).
4. Снижение потребления электроэнергии (например, использовать энергосберегающие лампы, современные бытовые приборы).
5. Уменьшение расхода воды (например, мыть посуду в ёмкости с водой, а не
под струёй, принимать душ вместо ванны).
Энергетик:
– Почему нужно экономить свет? Освещение – одна из наиболее знакомых нам форм использования электрической энергии. Огромное количество
электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, идет на освещение наших
жилищ, домов, промышленных предприятий, улиц площадей, городов и сел.
Забытая, не выключенная своевременно электрическая лампочка, – не мелочь, не пустяк. Ведь если лампа в 50 Вт будет гореть одну лишнюю секунду,
она израсходует напрасно 50 Вт энергии. Этой энергии хватит для того, чтобы
поднять гирю массой 5 кг на высоту одного метра. Если же эта лампочка будет
гореть напрасно час, она расходует 50 Втчас электроэнергии. А такого количества энергии уже достаточно для того, чтобы поднять на высоту 1 метр груз
массой 18 тонн.
Не всякий из нас понимает, как велики потери энергии при производстве
света. Посмотрим, на что расходуется 100 кг угля, сгоревшего в топке электростанции:
– энергия 4 кг будет потеряна в топке,
– энергия 9 кг будет унесена уходящими газами,
– энергия 1,5 кг будет потеряна в трубопроводах,
– энергия 6 кг будет потеряна в турбогенераторе,
– энергия 54 кг будет унесена охлаждающей водой,
– энергия 2 кг уйдет на собственные нужды ТЭЦ.
И только энергия, заключенная в 23,5 кг угля, превратится в электрическую. Однако если эту энергию направить на освещение, то 97 % ее электролампочки превратят в ненужное нам тепло. Я думаю, что приведенные выше
цифры убедили каждого из нас в том, что нужно экономить свет. Так например,
использование энергосберегающих выключателей, светильников и патронов
«СВЕТЭК» позволяет снизить затраты на освещение подъездов жилых домов
минимум в 8-10, а в некоторых случаях до 20 раз. Энергосберегающий эффект
основан на том, что свет включается автоматически в нужное время и в нужном
месте. Выключатель имеет оптический датчик и микрофон. Днем, при высоком
уровне освещенности, микрофон отключен. При наступлении сумерек происходит активация микрофона. При возникновении шума в радиусе до 5 метров
от выключателя (такого, как шаги, звук открывающейся двери, голос и др.) свет
автоматически включается на 50 (±10) секунд. Этого времени достаточно для
того, чтобы пройти по лестничному пролету или открыть (закрыть) входную
дверь в квартиру. Выключатели «СВЕТЭК» сокращают время работы освеще-
18
ния приблизительно до 1 часа в сутки и при тарифе на электроэнергию 145
руб/к Вт-час затраты в сутки на одну лампочку с 1015 руб. сокращаются до 145
руб.
Ученик:
– Расчёты, проведённые по использованию электроэнергии в школе, говорят следующими цифрами. Наибольшее потребление электроэнергии приходится на столовую – 577 кВт•ч в неделю и котельную – 533 кВт•ч в неделю, что
в денежном выражении соответствует: по столовой 83665 руб., по котельной
77300 руб. Значительно меньшее количество энергии тратится на освещение в
классах. В школе, в классах и коридорах горят 252 электролампочки, каждая
мощностью 0,04 кВт. На освещение каждого класса за неделю расходуется
примерно 10 кВт•ч, что соответствует 1450 руб. Однако, если выключать свет
на 10 мин (например, на перерывах), то по школе за один день будет сэкономлено 6 кВт•ч энергии, за неделю – 36 кВт•ч, а за месяц – 216 кВт•ч, или 31320
руб. Теперь вы можете представить, сколько можно сэкономить в стране, если
каждый выключит свет хотя бы на 10 мин. Конечно, у нас порой свет горит без
нужды часами, а это миллионы государственных денег, потраченных на закупку дорогого топлива: газа, угля, нефти, древесины. Также можно раньше выключать электрические плиты, т.к. установлено, что вода кипит ещё 7-8 мин.
после выключения плиты.
Ведущий 2:
– Сегодня мы поговорим и об использовании воды. Вода – это одна из
основ жизни на Земле. 70 % поверхности Земли занято водой. Приблизительно
столько же процентов воды содержит человек. Без пищи человек может продержаться около 40 дней, без воды – не больше четырёх суток. При всем при
этом мы едва ли отдаём себе отчет в реальной стоимости воды питьевого качества.
До начала промышленной революции человек использовал воду рек и
дождя для удовлетворения своих потребностей. Природа с лёгкостью очищала
с помощью бактерий загрязненную человеком воду. Этот процесс продолжался
безболезненно для окружающей среды. Но с началом индустриализации в конце прошлого столетия человек стал сбрасывать в воду огромное количество
веществ, которые природа не в состоянии переработать. Одновременно загрязнение атмосферы привело к загрязнению дождевой воды. Постепенно самовосстанавливающаяся способность воды стала утрачиваться.
Сегодня около 60 % воды питьевого качества извлекается в республике из
подземных источников. Извлечение грунтовых вод является одной из причин
осушения земли, которая может обернуться серьёзнейшими экологическими
проблемами. Огромное количество грунтовой воды извлекается ежегодно для
нужд промышленности, сельского хозяйства и для питьевых нужд (для сравнения: в Польше из подземных источников извлекается 16 % общего объёма извлекаемой воды, в Нидерландах – 14 %).
В Беларуси на хозяйственно-питьевые нужды затрачивается около 650
млн. м3 воды. Из расчёта на одного человека в день эта цифра составляет примерно 180 литров в сутки, что значительно превышает потребление воды в
19
странах Западной Европы. Так, в Нидерландах среднее потребление питьевой
воды на одного человека в сутки составляло в 1990 году 133 литра и с тех пор
постепенно снижается. В Польше, например, этот показатель составляет приблизительно столько же, сколько в Беларуси, и там, в отличие от Западной Европы, имеется тенденция к ежегодному увеличению удельного потребления питьевой воды в домохозяйствах. В Беларуси удельное потребление питьевой воды в домохозяйствах относительно стабильно за последние несколько лет, в
промышленности оно падает. Как видим, в Беларуси есть большой потенциал
для экономии воды в жилищном секторе.
Эколог:
– Вода стоит дешевле, чем, например, электроэнергия. Поэтому вполне
возможно, что за короткий промежуток времени вы не ощутите реальной прибавки к вашему бюджету за счет экономии воды. Однако не стоит забывать о
том, что тарифы на воду для населения в Беларуси будут расти. Вместе с тем, за
счет экономного расходования воды в наших с вами квартирах можно уменьшить нагрузку на водоочистные сооружения, и в этом случае цены на воду будут расти не столь быстрыми темпами.
Некоторые из представленных ниже мероприятий (например, отказ от использования личного автотранспорта в пользу общественного), на первый
взгляд, не имеют никакого отношения к разумному использованию воды. Но
это только на первый взгляд. На самом деле все они имеют какое-либо отношение к разумному водопользованию. Так, отказ от использования личного автотранспорта означает, что вы меньше загрязняете воздух, соответственно, качество дождевой воды повышается, а выключенный вовремя свет в комнате означает, что сокращается нагрузка на электростанции, где для производства электроэнергии требуется определенное количество воды для охлаждения. Таким
образом можно проследить взаимосвязь очень многих мероприятий по энергои водосбережению.
Уменьшить потребление воды можно за счет:
- более рационального ее использования;
- установки простейшего водосберегающего оборудования;
- более внимательного изучения характеристик приобретаемой бытовой техники.
Ученик:
– Мы обратились в управление жилищно-коммунального хозяйства
нашего района и получили следующую информацию.
Вся потребляемая вода подлежит строгому учету. Всего за 9 месяцев 2008
года в районе израсходовано 205 тыс.м3 воды, в том числе на нужды населения
158 тыс.м3 и промышленными организациями 25 тыс.м3, на внутренние нужды
УП ЖКХ потрачено 22 тыс.м3 воды. За каждый м3 воды установлена плата в
размере 361 руб. для организаций, 321 руб. за пользование водой в домашнем
секторе. В целях более экономного использования воды производится установка приборов учета воды в домашнем секторе и на предприятиях.
Если кто-то ещё не установил счётчик, то потребление воды должно
оплачиваться согласно нормативам. Так, при отсутствии водопровода в доме на
20
1 человека тратится 50 л воды в сутки, а если вода подведена в дом, то 90 литров.
В денежном эквиваленте эти цифры будут выглядеть так:
- семья из 4 человек за месяц по нормативу должна оплатить использование
10,8 м3, что составляет 3500 руб., если семья держит домашнее хозяйство, то
дополнительно ещё подлежит оплате 3,5 м3 воды, т.е. 1107 руб.;
- в школе в учебное время на нужды столовой тратится в месяц 10 м3 воды, а на
все остальные потребности 2 м3 в месяц. Школе в месяц придётся заплатить за
пользование водой 4345 руб. Как видим, пока что цены на воду невысокие.
Экономист:
– Приборы учёта расхода воды необходимо иметь в каждой квартире –
это важное условие формирования энергосберегающей мотивации у населения.
При установке счётчиков воды владельцы квартир уже платят не по нормам потребления коммунальных услуг, а по тарифам на коммунальные услуги. И в
этом случае появляется экономически обоснованная потребность в устранении
утечек воды и освоении приёмов снижения расхода воды.
Приведём некоторые примеры по утечкам воды:
 капает из крана – в сутки до 24 л, в месяц до 720 л;
 течёт из крана – в сутки до 144 л, в месяц до 4000 л;
 протекающий кран приводит к потере 7000 л воды в год при медленном
капании; когда же капли следуют одна за другой, то потеря воды может
составлять до 30000 л в год;
 унитаз, в котором вода бежит постоянно невидимым ручейком, теряет до
100 000 л в год; заметный для глаза поток воды означает потерю около
400 000 л воды.
Эколог:
– Советы по экономии воды:
 Если вы пользуетесь ванной, то для этого требуется обычно до 150 л воды; в случае использования душа расход воды примерно равен 10 л/мин.
 При приготовлении чая воды наливайте ровно столько, сколько потребуется. Неразумно наливать полный чайник.
 При приготовлении пищи целесообразно выключать конфорки несколько
раньше окончательной готовности, это позволяет экономить электроэнергию за счёт тепловой инерции раскалённой конфорки.
 Более экономично пользоваться электрочайниками и электрокофеварками, т.к. КПД чайника 90 %, а конфорок электроплиты только 50-60 %.
 Одним из условий улучшения работы посуды является своевременное
удаление накипи. Накипь обладает малой теплопроводностью, поэтому
вода в такой посуде нагревается медленно.
Ведущий 1:
– Сегодня мы остановились только на двух аспектах экономного энергопользования: энергосбережении и экономии воды. И из вышесказанного видно,
что только продуманная, непрерывная система образования и самовоспитания
позволяет получить реальные результаты по энергосбережению в бытовом сек-
21
торе и производственной сфере. Потенциал энергосбережения в Беларуси велик
– он оценивается в 30-40 %, что является важнейшим резервом топливноэнергетического баланса экономики нашей страны. Если промышленность на
сегодняшний день ликвидировала очередные проявления расточительства энергии, то в жилищно-коммунальном хозяйстве предстоит сделать ещё многое.
Хочется верить, что вы будете рачительно относиться к энергоресурсам во всех
сферах жизнедеятельности.
Приложение 2
Брейн-ринг «Экономия, экология и мы»
Учитель физики Н.Е.Акулова, УО «Сенненская ГОСШ №2»
Цель:
- расширение и систематизация знаний о проблемах природопользования;
- формирование экологической культуры;
- воспитание гражданской позиции и психологической настроенности на рациональное и экономное использование топливно-энергетических ресурсов.
План проведения
1. Вступительное слово организатора встречи двух команд эрудитов (условия
конкурса, его содержание, форма проведения).
2. Представление команд.
3. Брейн-ринг «Учись быть хозяином».
4. Факты без комментариев «Расходуй, считай, экономь» (новости экономии по
материалам периодической печати).
5. Исследовательская работа «Потреблять, а не распылять энергию».
6. Эковернисаж (смотр и защита работ, плакатов, листовок, представленных на
конкурс) на тему энергосбережение.
7. Выработка правил пользования электроэнергией.
8. Совет «Как нам выжить, земляне?»
9. Задание на дом.
10. Гимн энергосбережению.
Вопросы брейн-ринга
1. Энергетический кризис 70-х годов вызвал к жизни разнообразные мероприятия по энергосбережению. В Швеции появились технологии, позволяющие
усилить теплоизоляцию жилых домов путем уплотнения окон и дверей. Так появились стеклопакеты, получающие распространение и в нашей стране. Однако
одним из неожиданных побочных результатов теплоизоляции оказалось увеличение среднегодовой дозы радиации, получаемой каждым шведом, примерно в
500 раз. В чем причина столь неприятной неожиданности?
22
Ответ: Теплоизоляция означала создание условий для уменьшения воздухообмена жилых помещений с внешней средой. Грунт под зданиями содержит некоторое количество природного урана. При его распаде образуются изотопы радона, который выделяется из подполья и в условиях усиленной изоляции накапливается в жилых помещениях, особенно в ванной комнате.
2. Один весьма щепетильный немецкий эколог всегда возил с собой прибор
для измерения мощности электрического поля. Этим прибором он обследовал
комнаты в отелях, где ему приходилось ночевать. Зачастую он выдвигал кровать на середину комнаты, либо ложился головой «к ногам» кровати. Что заставляло этого человека изобретать столь экстравагантные решения?
Ответ: Современные жилища просто напичканы электроприборами.
Достаточно мощное поле создает и спрятанная в стене проводка. Воздействие
электрических полей на организм вызывает расстройство сна, головные боли,
нарушает работу сердечно-сосудистой системы.
3. Почему, стоя под мощной линией электропередач, не следует подходить
близко к крупным металлическим конструкциям и особенно касаться их руками?
Ответ: Большие металлические предметы (например, трактор) могут
стягивать, находясь под линией, до 4- 5 мА. Такой ток не представляет опасности до тех пор, пока кто-нибудь, стоя на земле, не дотронется и не позволит току пройти через свое тело, что вызовет электрический шок.
4. Двигаясь по руслу крупных рек, на участках активного транспортного использования мы можем встретить странное новообразование: твердые черносиние пласты, напоминающие старый асфальт на брошенных автомобильных
дорогах. Откуда появилась такая горная порода и кто заасфальтировал таким
образом пляжи некоторых рек?
Ответ: Такие природные «асфальты» – свидетельство крайнего экологического неблагополучия, сильного загрязнения акваторий рек нефтепродуктами, часто – следы аварийных сливов в воду мазута с судов, заправочных станций. Нефтепродукты, смешиваясь в волноприбойной зоне к пескам пляжей,
могут образовать породу, напоминающую старый асфальт.
5. В некоторых районах наблюдается антропогенное прогибание и проседание
земной коры, а в открытых карьерах Курской магнитной аномалии, наоборот,
наблюдается поднятие земной коры. Чем это вызвано?
Ответ: а) пустоты в шахтах; б) уменьшение давления.
6. Проезжая мимо нефтеперерабатывающих заводов, мы, кроме огромного
нагромождения установок, труб, колонок, всегда видим горящие высокие факелы с характерной окраской пламени – «лисьи хвосты». Какие трубы выбрасывают эти «хвосты», и какую проблему пытаются решить таким образом?
Ответ: Во всех видах топлива содержится сера (в угле – 6%). Сернистые
отходы при перегонке нефти сжигают на вершинах высоких металлических
труб. Так решают проблему уменьшения кислотных дождей.
7. Известно, что около 80% всех видов загрязнения биосферы обусловлены
энергетическими процессами. Назовите основные экологические проблемы
энергетики.
23
Ответ: загрязнение атмосферы окислами серы, азота при сжигании топлива и, как следствие этого, кислотные дожди; огромные горы золоотвалов у
котельных; в каждом кг сжигаемого топлива сжигается 2 кг кислорода; просадка поверхности в пустоты шахт, исчезновение почв на местах открытых разработок топлива.
8. Гидроэлектростанция не имеет твердых отходов, не выбрасывает вредных
веществ в атмосферу. Значит ли это, что и экологические проблемы отсутствуют?
Ответ: при строительстве водохранилищ затапливаются огромные площади лесов, полей с плодородными землями, дороги, поселки требуют переселения; замедляется скорость движения воды, в застойной воде развиваются
сине-зеленые водоросли, вода гниет, гибнет рыба; плотина – препятствие для
хода нерестующих рыб; поднимается уровень грунтовых вод и вдали от водохранилищ появляются заболоченные участки.
9. Назовите возобновляемые источники энергии.
Ответ: геотермальная, гелиоэнергетика, биоэнергетика, ветровая, приливов.
10. Атомные электростанции по сравнению с тепловыми дают суммарное загрязнение в 1000 – 10000 раз меньше. А что это за загрязнение?
Ответ: тепловое загрязнение водоемов сбросами горячей воды, охлаждающей реактор. Санитарное законодательство разрешает повышение температуры воды в водоеме на 3-5 градусов, не больше; опасность радиоактивного
загрязнения при аварии; захоронение радиоактивных отходов.
Факты без комментариев
(по материалам периодической печати)
Знаете ли вы?
Что такое капля холодной воды из неплотно закрытого крана?
За час теряется 600 г, за сутки – 14,4 л. В школе 30 кранов. Только за одни сутки можно потерять 432 л. Значит, и капля не пустяк?
По данным научно-исследовательского института коммунального водоснабжения и очистки воды, около 21% питьевой воды уходит без применения
прямо в канализацию. А сколько энергии и труда тратится на то, чтобы поднять
воду из недр земли, очистить ее и доставить в дома! А многие страны, чтобы
удовлетворить потребность населения в питьевой воде, ввозят ее из других
стран и даже начинают транспортировать айсберги из Антарктиды.
Многие, уходя из кабинета, не выключают свет, да и дома порой зажигают все лампы, когда в этом нет острой необходимости. Кто-то может сказать –
мелочь. Между тем, одна лампочка в 100 Вт за 10 часов расходует 1 кВт•час
электроэнергии, которой достаточно, чтобы выработать 1 м хлопчатобумажной
ткани. Если в школе 20 кабинетов, значит, расходуется 20 кВт час в день, 600 –
в месяц; 7200 – в год. Такое количество энергии требуется для оборудования по
изготовлению 8160 тетрадей. Только один сэкономленный киловатт-час электроэнергии позволяет выработать 40 кг угля, 33 кг нефти, 5 кг стали, 15 кг же-
24
лезной руды, 25 кг муки, 120 кг хлеба, 36 кг сахарного песка, 14 кг творога, 6 кг
растительного масла, 13 кг колбасных изделий.
Если при работе автомобиля теряется одна капля бензина в секунду, то за
срок службы машины потеря топлива равна 15 тоннам.
Если расход электроэнергии по нашей стране снизить всего на один процент, то это позволит сберечь 9 млн. киловатт-часов электроэнергии.
Знаете ли вы, что запыленные стекла окон поглощают до 30% светового
потока? Регулярное мытье окон позволяет снизить продолжительность горения
ламп при двухсменной работе летом на 90%, зимой –15%.
Настала зима. Тщательно ли в школе проложены поролоном и оклеены
оконные рамы? Плотно ли закрывают ребята двери? Если нет, то порою ветер
выхватывает из помещения столько тепла, сколько дают 30-50 тонн угля. Вот
уж и впрямь на ветер выбрасываются огромные средства, вложенные в добычу
топлива.
Знаете ли вы, что известный ученый-физик Хориольф Групп путем опроса 900 ученых, экономистов и других специалистов в различных областях знаний сделал научный прогноз первых двух десятилетий XXI века:
2008 г. – начнется массовое строительство домов с солнечными батареями на крышах и фасадах.
2010 г. – начнется строительство солярных заправочных станций для
электромобилей. Вас смутило прилагательное солярный? Но оно не от существительного «солярка», а от слова «соляр» – солнечный. Аккумуляторы машин
будут заряжаться от солнечных миниэлектростанций. Так что пусть растут цены на бензин. Недолго нам от него зависеть.
2014 г. – скорость поезда на магнитной подушке превысит 1000 км в час.
Исследовательская работа «Потреблять, а не распылять энергию»
Задание 1
Какой % электроэнергии вы будете экономить, если выключать свет в
классе на 1, 2, 3, 4 переменках? Тариф 145 руб. за 1 кВт•ч. Ответ: 17%
Это мы получили 17% экономии в одном классе, а если это будут делать
учащиеся всей нашей школы, то подумайте, к какой цифре мы сможем прийти?
Задание 2.
Сколько % электроэнергии мы будем экономить, если отключать свет в
коридоре 3 этажа? Тариф 145 руб. за 1 кВт•ч. Ответ: 75%
Задание 3.
Уходя спать, Вы забыли выключить на кухне лампочку мощностью 100 Вт,
которая горела в течение промежутка времени 8 часов. Во что это Вам обойдётся, если тариф на электроэнергию составляет 145 руб. за 1 кВт•ч. Ответ: 116
рублей.
Эковернисаж на тему энергосбережения
(смотр и защита работ, плакатов, листовок, представленных на конкурс)
Выработка правил пользования электроэнергией.
1.Выключайте свет, если вы в нём не нуждаетесь.
2.Замените лампочки накаливания новыми энергосберегающими.
25
Если каждый включится в кампанию по энергосбережению, то выиграют
ВСЕ.
Совет «Как нам выжить, земляне?»
26
Дорогой друг!
Человеку необходимо не только знать истину, но он должен еще быть в
состоянии делать то, что является правильным, и желать делать это. Осмотритесь вокруг себя и задумайтесь, живете ли вы на белорусской земле как настоящий хозяин или же вы здесь временный гость, которому все безразлично. Да,
все мы временные на Земле, но это наш дом. Будьте истинными хозяевами. Вам
есть где применить энергию и энтузиазм. Наводите и поддерживайте порядок в
нашем родном краю. Пусть будут чисты, красивы и радуют ваш глаз подъезды
и дворы домов, улицы сел и городов, дороги, леса, и луга, реки и озера. Остановите каждого, кто вытаптывает газоны, ломает кусты и деревья, моет машины на берегах водоемов, сливает в него масло и мазут, загрязняет воздух. Любите сами и научите своих близких любить и беречь природу. Вместе с природой мы развиваемся, познаем ее законы, учимся их применять.
Озонная дыра над Антарктидой!
А не было ее еще вчера.
Зачем она учеными открыта?
Неужто в вечность нам уже пора?
Неужто судный день для бела света?
Подкрался вдруг космической тропой
И под жестоким ультрафиолетом
Нам корчиться беспомощной толпой?
Неужто все, что дорого и свято
В единой человеческой судьбе,
Вдруг будет уничтожено, распято
Потоками диапазона – Б.
На миллион квадратных километров
Пробита наша вечная броня,
И даже антарктические ветры
От страха взвыли, душу леденя.
Великая озонная защита
Разорвана отныне навсегда.
Виновников незримых не ищите.
Виновники – мы с вами, господа!
Природу мы так рьяно покоряем.
Уродуем творение творца.
Долбим, сверлим, копаем, ковыряем
И травим, и взрываем без конца.
Безумие свое реализуем.
Давно мирозданию хамим.
Давно на всю Галактику газуем,
Давно на всю Вселенную дымим.
Одумайся, пока еще не поздно.
Пока не сделал свой последний шаг.
Пока другие дыры не пробиты
На нашем общем малом корабле.
27
Пока одна дыра над Антарктидой.
Пока один Чернобыль на Земле.
Задание на дом.
Составить свою историю или сказку об электроэнергии, воде, ветре.
Гимн энергосбережению.
– Здравствуй, наш сосед.
Ты открой секрет:
Как же так - за год
Накопил на «Форд»?
Отвечал сосед:
– Тут секрета нет,
Просто берегу
Я энергию.
Мы послушали,
Мы все поняли.
И с тех пор живем
В экономии.
Мы купили дом,
Мы купили «Форд»,
А еще мечта –
Посетить курорт.
Экономьте свет,
Экономьте газ –
И счастливей жизнь
Станет для всех нас.
Берегите свет,
Экономьте воду.
Если понял сам,
Объясни народу.
28
Приложение 3
Световой режим в помещении. Экономичные источники света
Занятие с использованием технологии активного обучения
Учитель физики Т.И.Ивановская, УО «Полоцкая ГОСШ № 3»
Цель:
- образовательная – познакомить учащихся с понятием освещенности, различными её видами, а также с разнообразием различных видов энергоэкономичных
источников света;
- развивающая – развивать умения анализировать полученные знания с точки
зрения энергоэффективности;
- воспитательная – воспитание бережливости, ответственности.
Ход занятия
1. Вступительное слово учителя
Свет обеспечивает связь организма с внешней средой, обладает высоким
биологическим и тонизирующим действием.
Большое значение нормальная освещенность имеет для учебных заведений, где около 90% получаемой обучающимися информации воспринимается с
помощью зрения.
При недостаточном освещении зрительное восприятие снижается, развивается близорукость, появляются болезни глаз и головные боли.
Обычно применяют три вида освещения: естественное, искусственное и
смешанное.
Естественное освещение, создаваемое природным источником света, имеет высокую биологическую и гигиеническую ценность и оказывает сильное
воздействие на психику человека. Освещённость помещений естественным светом зависит от светового климата данной местности, ориентации окон, качества
и содержания оконных стекол, окраски стен, глубины помещения, размеров
световой поверхности окон, а также предметов, закрывающих свет.
При недостаточном естественном освещении устраивают искусственное
освещение, которое подразделяется на общее, местное и комбинированное.
Общее освещение обеспечивает освещенность всего учебного помещения.
Местное освещение обеспечивает освещенность рабочих мест, столов и
т.д. светильниками.
Комбинированное освещение – это сочетание общего и местного освещения.
Для повышения освещенности (за счет отраженного света) стены, потолки, полы окрашивают в светлые тона. Потолки – в белый цвет, верхние части
стен – в серый, голубой, нижние – в коричневый, серый, синий, темно-зеленый.
29
Например, цвета, входящие в длинноволновой участок спектра (красный,
оранжевый), вызывают возбуждение, повышенную подвижность, но приводят к
быстрому утомлению. Цвета, входящие в коротковолновой участок спектра
(голубой, синий, фиолетовый), оказывают успокаивающее действие. Цвета,
входящие в средневолновой участок (желтый, зеленый), наиболее благоприятно
влияют на состояние человека, снижают утомляемость.
Освещенность помещений и рабочих мест должна быть достаточной и
равномерной, не оказывать слепящего действия; световой поток должен быть
правильно направлен.
В мастерских, в физической и химической лабораториях рекомендуется
люминесцентное освещение.
Для измерения освещенности используется прибор люксметр.
(Проводится демонстрация люксметра, определяется освещенность кабинета)
Энергоэффективное освещение означает устройство систем освещения и
организацию их функционирования таким образом, чтобы при обеспечении
требуемых нормами количественных и качественных характеристик освещения
потреблялось минимальное количество электроэнергии. Исполнение этих условий закладывается, в первую очередь, при проектировании освещения путем
рационального сочетания естественного света через световые проемы и искусственного – от осветительных установок.
Сочетание хорошего естественного освещения и регулируемого искусственного освещения может обеспечить энергосбережение до 30-70%. Потребность в искусственном освещении уменьшается при светлых интерьерах в помещениях, которые создают ощущение более свободного пространства.
Все более широкое применение находят системы автоматического управления включением, отключением светильников и автоматического регулирования освещенности, а также энергоэкономичные источники света. Зарубежный
опыт свидетельствует, что автоматизация освещения позволяет снизить энергопотребление на 30-50%. В Республике Беларусь налажено и развивается производство электронных и электромагнитных пускорегулирующих аппаратов для
люминесцентных ламп, энергоэкономичных ламп и осветительной арматуры,
устройств автоматического управления освещением: фотореле, приборов регулирования светового потока, инфракрасных датчиков.
Экономия электроэнергии зависит от сочетания и размещения источников
света и светильников. Использование одной более мощной лампы накаливания
или люминесцентной позволяет уменьшить потребление энергии без снижения
освещенности.
Особенно это ощутимо на примере квартиры. При полной замене ламп
накаливания на люминесцентные компактные лампы потребление электроэнергии для освещения уменьшается примерно в 5 раз.
2. Самостоятельная работа учащихся
Ученики работают в группах с дополнительной литературой по теме
«Виды ламп». В результате данной работы они составляют схему и делают
вывод о преимуществе того или иного вида ламп.
30
Виды ламп
1) Лампы накаливания
Первая лампа накаливания была изобретена в 1873 г. русским электротехником А.Н.Лодыгиным. В лампах накаливания электрический ток, проходя
по вольфрамовой спирали, разогревает и накаливает её до белого свечения. При
этом только 2-4% электрической энергии превращается в световую, а остальная
часть энергии расходуется на тепловое излучение. Чтобы вольфрамовая спираль не сгорала, из стеклянной колбы выкачивают воздух. Такие лампы называют вакуумными. Лампы, из которых выкачивают воздух и наполняют ее
инертными газами (аргоном, ксеноном, криптоном), называют газонаполненными.
2) Люминесцентные лампы
Широкое применение в осветительных установках получили более экономичные источники света – трубчатые люминесцентные лампы низкого давления (ЛБ) и дуговые ртутные люминесцентные лампы высокого давления
(ДРЛ).
Светильники:
1. Светильник «Универсал»;
2. Глубокоизлучатель эмалированный;
3. Светильник «Люцента»;
4. Шар из молочного стекла;
5. Кольцевой светильник;
6. Водопыленепроницаемый светильник;
7. Светильник «Альфа»;
8. Светильник «Бетта» с зеркальным отражением;
9. Светильники с люминесцентными лампами.
Люминесцентные светильники
3. Творческая работа учащихся
Ученики составляют памятку рационального использования электроэнергии в быту.
Памятка рационального использования электроэнергии
1. Выключите свет в том случае, если вы в нем не нуждаетесь.
2. Отключите от сети на ночь электроприборы.
3. Включайте технику только тогда, когда это нужно.
4. Используйте стиральную машину при полной загрузке.
5. Настраивайте стиральную машину на как можно меньшую температуру.
6. Своевременно размораживайте холодильник.
7. Используйте ваш холодильник более эффективно.
8. Готовьте пищу, экономя при этом энергию.
9. Установите энергосберегающие лампы.
10. Выбирайте мощность. Не везде требуется одинаковое количество света,
поэтому для разных целей следует использовать лампочки различной мощности. Так, просмотр телевизора требует гораздо меньше освещения, чем, к
примеру, чтение.
31
11. Устанавливаем автоматические выключатели.
12. Выбираем бытовую технику с умом.
4. Заключительное слово учителя
Экономия электроэнергии должна проводиться повсеместно и, прежде
всего, на предприятиях, использующих и производящих оборудование с малым
потреблением электроэнергии. Экономия мощности, например, при смене
использования лампового телевизора на полупроводниковый составляет
примерно 140 Вт.
Таких же и даже больших результатов можно достичь при создании
новых моделей холодильников, стиральных машин, станков, средств
электротранспорта и многого другого.
Огромные возможности экономии электроэнергии имеются и в самой
культуре энергоиспользования. Чем меньше мы потребляем электроэнергию,
вовремя выключая свет и используя экономичные лампочки, тем меньше
топлива (газа, мазута) расходуется на электростанции, где при отключении
лишней нагрузки умные дозирующие устройства быстро и точно сократят его
подачу.
5. Подведение итогов занятия.
Проводится рефлексия.
Ключевое слово
Участникам педагогического взаимодействия предлагается на небольших
листах бумаги, которые учитель может заранее подготовить и раздать каждому,
написать только одно слово, с которым у него ассоциируется содержание мероприятия, урока, их итоги. На это отводится 2-3 минуты. Затем педагог собирает
листики и зачитывает слова. Потом он проводит короткий анализ полученных
результатов или предлагает сделать это участникам педагогического процесса.
Данный технологический прием можно реализовать и устно: каждый из
участников через 2-3 минуты по очереди называет вслух свое слово.
Приложение 4
Топливо. Удельная теплота сгорания топлива
Урок физики в 8 классе
Т.Н.Емельянцева, учитель физики
УО «Бигосовская ГОСШ Верхнедвинского района»
Цели урока:
- углубить знания учащихся о топливе, ввести понятие теплоты сгорания топлива и КПД тепловых машин, сформулировать основные требования к топливу;
32
- формировать психологическую настроенность на рациональное и экономное
использование топливно-энергетических ресурсов;
- развивать умение анализировать, сравнивать, обобщать, делать выводы,
устанавливать связь между элементами содержания ранее изученного материала на уроках химии, географии и физики;
- развивать наблюдательность и внимание;
- формировать экологическую грамотность, основы безопасности жизнедеятельности.
Демонстрации:
Горение различных видов топлива (спиртовка, вата, нефть, деревянная
лучина, парафин).
Ход урока
Мотивация.
При демонстрации видов топлива рассказывается о важнейших из них –
нефти и угле. Уголь и нефть – это настолько важный вид топлива, что из-за него возникают войны и сменяются политические режимы (например, в Ираке).
Нефть – мощный двигатель технического прогресса человека. Также рассказывается, как нефть спасла китов, заменив китовый жир в промышленности.
Учитель. Всегда, когда нам нужно получить некоторое количество теплоты
(чтобы вскипятить воду, приготовить еду в походе, протопить дом или воспользоваться автомобилем), мы почти автоматически используем газ, дерево, уголь,
бензин. Все это – самые распространенные виды топлива.
А приходилось ли вам задумываться, что такое топливо? Что именно вы
хотели бы узнать о топливе? Какие виды топлива бывают? Чем отличаются одни виды топлива от других? А еще бы добавила: Какие требования нужно
предъявить к топливу?
Запишем тему урока: “Топливо. Теплота сгорания топлива”.
На первый взгляд, кажется, что в качестве топлива можно использовать
любое горючее вещество. Но горючих веществ очень много. Например, твердые вещества — уголь, сера, фосфор, некоторые металлы; жидкие — нефть,
бензин, спирт, ацетон; газообразные — водород, метан, пропан, ацетилен. Все
эти вещества при сгорании выделяют тепло. Казалось бы, все, что требуется от
топлива. Но есть еще другие важные качества, которые горючее вещество делают топливом.
Давайте проведем опыт и посмотрим одновременное горение нескольких видов топлива: нефти, дерева, спирта и парафина (фото горения разных видов топлива).
Опыт. Для опыта использую свечу, спиртовку, лучину и вату, смоченную
нефтью.
Вопрос учащимся:
- Что общего и чем отличается горение каждого вида топлива?
Ответ: при горении топлива выделяется тепло и образуются продукты
сгорания. Особенно нефть, сгорая, выделяет много копоти и сажи, а это, естественно, влияет на окружающую среду.
33
Учитель. Да, при сгорании любых веществ образуются другие вещества – продукты сгорания. Например, при сгорании дров остается зола и выделяется углекислый, угарный и другие газы. Обойтись без продуктов сгорания нельзя, но
нужно из всех горючих веществ выбрать те, продукты сгорания которых не
наносят вреда человеку и окружающей среде. Такое топливо – экологически
чистое. К сожалению, этому требованию в полной мере удовлетворяет только
водород.
Проанализируем таблицу. Скажите, какую информацию о топливе дает
эта таблица?
Вид топлива
Состав по массе, %
С
Н
S
N
24,7 2,6 0,1 1,1
30,3 3,6 0,4
43,7 3,0 0,2 0,6
55,2 3,8 3,2 1,0
74,0 25,0 1
Торф
Дрова
Бурый уголь
Каменный уголь
Природный газ
(метан)
Мазут
83,0 10,4 2,8 Бензин
85,0 14,9 0,05 В таблице приведены сведения о химическом составе некоторых видов
топлива. Все виды топлива содержат углерод и водород. Процент содержания
углерода и водорода превышает процент других элементов в топливе.
Учитель. Из курса химии напомню, что при полном окислении углерода
образуется углекислый газ, а при окислении водорода – водяной пар.
С+О2=СО2+ Q0 (теплоты).
Эти продукты сгорания безвредны для человека. А вот содержание серы и
азота в составе топлива приводит к образованию оксидов, вредных для человека и животных. Даже специально очищенные виды топлива при сгорании выделяют некоторое количество вредных веществ. Вот почему сегодня предъявляются строгие требования к топливу: при его использовании должно выделяться
минимальное количество вредных продуктов сгорания. Кроме того, предусматриваются специальные меры по улавливанию вредных веществ фильтрами.
Учитель. Итак, что такое топливо? Какие горючие вещества могут быть
топливом?
Ученик. Топливо – это горючее вещество, дающее тепло, являющееся источником энергии. Топливом может быть горючее вещество, продукты сгорания которого безвредны.
Учитель. Но главное предназначение топлива – давать тепло! Значит,
чем больше выделяется тепла при его сгорании, тем лучше. Это правильно?
34
Удельная теплота сгорания, q, МДж/кг
Вид топлива
15,7
Бурый уголь
12,3
Дрова
30
Каменный уголь
44
Бензин
42,7
Дизельное топливо
43,1
Керосин
26
Спирт
119,7
Водород
49,8
Метан
45,6
Природный газ
Сравнивать количества теплоты, выделившиеся при сгорании разных видов топлива, можно только при условии, что сгорела одинаковая масса топлива.
Разные виды топлива массой 1 кг при полном сгорании выделяют разное количество теплоты. Проанализируем таблицу:
Ученик. В таблице дана удельная теплота сгорания основных видов топлива. Самая наибольшая удельная теплота сгорания у водорода – 119,7 Дж/кг, а
наименьшая у дров — 12,3 МДж/кг.
Учитель. Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг
топлива, называется удельной теплотой сгорания топлива. Удельная теплота
сгорания обозначается латинской буквой q и измеряется в Дж/кг (джоуль на
килограмм). Найдите удельную теплоту сгорания природного газа, прочитайте
ее и скажите, что показывает это число.
Ученик. Удельная теплота сгорания природного газа равна 45,6 МДж/кг.
Это число показывает, что при полном сгорании 1 кг газа выделяется 45,6 МДж
теплоты. При полном сгорании 1 кг водорода выделяется 119,7 МДж тепла, что
примерно в 10 раз больше, чем при сгорании 1 кг дров – 12,3 МДж.
Учитель. Сопоставьте сведения о составе и удельной теплоте сгорания
топлива разных видов. Выскажите предположения о том, какие химические
элементы в составе топлива определяют преимущественно величину удельной
теплоты сгорания?
Ученик. Анализируя таблицы, мы видим, что величину удельной теплоты сгорания топлива определяет преимущественно содержание углерода и водорода в составе топлива. Например, природный газ содержит 74,0 С и 25,0% Н
и имеет наибольшую удельную теплоту сгорания по сравнению с дровами и углем.
Учитель. Какого топлива, дерева или бензина, потребуется меньше, чтобы получить необходимое количество теплоты? Почему? Сравнивая удельную
теплоту сгорания дерева – 12,3 МДж/кг и бензина – 44 МДж/кг, мы видим, что
для получения необходимого количества теплоты меньше потребуется бензина.
Учитель. А как рассчитать количество теплоты, которое выделится при
сгорании не 1 кг топлива, а m кг топлива?
35
Ученик. Чтобы рассчитать количество теплоты Q, выделяющееся при
полном сгорании m кг топлива, нужно удельную теплоту сгорания q умножить
на массу сгоревшего топлива.Q = qm
Учитель. А какие еще требования предъявляются к топливу? Вопросы
учебника помогут вам их сформулировать.
Вопросы:
1. Почему для быстрого разведения костра используют жидкое топливо?
2.Удельная теплота сгорания торфа почти в 2 раза выше удельной теплоты сгорания дров. Как это понимать?
Ученик. Небольшая температура воспламенения – важное требование к
веществу, которое будет использоваться как топливо.
Учитель. Топливом могут стать широко распространенные, сравнительно простые в добыче и удобные для транспортировки вещества.
Итак, сформулируйте основные требования, предъявляемые к топливу:
1) большая удельная теплота сгорания,
2) отсутствие вредных продуктов сгорания,
3) низкая температура воспламенения,
4) распространенность в природе,
5) сравнительная простота добычи и транспортировки.
Учитель. Напомню, что большинство традиционных видов топлива (таких, как уголь, нефть, торф) образовывалось на протяжении целых геологических эпох из останков растений и животных. Это чаще всего невозобновляемые
ресурсы нашей планеты. Вот почему сегодня ученые заняты поисками альтернативных источников тепла и созданием энергосберегающих технологий. Простейшие мероприятия по экономии электроэнергии должны подсказываться сознанием человека. Например, выключить освещение или другие приемники
энергии, где их работа в данное время не нужна. Возможна экономия не прямым воздействием на приемники энергии, а косвенными мерами. Большое значение для экономии топлива и электроэнергии имеет утепление жилищ и мест
работы человека, так как при этом экономится расход тепла, а значит, и топлива, которое используется для выработки большей части электроэнергии, и экономится электроэнергия непосредственно, так как при понижении температуры
стараются применить разные электронагреватели. Как известно, для поддержания нормальной температуры в помещении не обязательно его отапливать, а
достаточно ограничить теплоотвод так, чтобы сохранялось тепло, выделяемое
различными электрическими приборами, например, лампочками, холодильниками, телевизорами и т. д. и телом человека. Часто можно видеть, как уличное
освещение включено днем, закипевшая вода в электронагревателе продолжает
кипеть, когда это не нужно. В таких случаях нужно применять простейшие
схемы автоматизации, которые будут способствовать экономии энергии и увеличению срока службы ламп, нагревательных элементов и других приборов.
Экономии энергии служит технологическая революция, потому что ее задачей является уменьшение материалоемкости и энергоемкости продукции при
ее производстве, хранении, транспортировке и использовании на основе научно-технического прогресса. Способ экономии — извлекать больше тепла из
36
сжигаемого топлива. Мы превращаем одни виды энергии в другие очень малоэффективными путями. В большинстве случаев лишь малая часть энергии переходит в полезную форму, остальное теряется.
Если использовать энергию рационально, запасов топлива хватит на более долгий срок. Надо научиться извлекать больше энергии из меньшего объема. Например, использовать на автомобилях топливный элемент. Автомобили
могут работать не на бензине, а на топливных элементах. Такой элемент больше похож на батарею. Внутри него находятся два химических элемента —
атомный кислород и водород. Они взаимодействуют, производя электричество.
Солнечная энергия помогает разлагать воду на водород и кислород. Вода имеется в изобилии, поэтому топливные элементы будут дешевы.
Вывод напрашивается сам за себя: экономия электроэнергии каждым отдельным человеком ведет к усилению и стабилизации экономики страны.
Знаете ли вы, что природный газ добывают так же, как и нефть? К залежам газа бурятся скважины. Под землёй газ находится под давлением. Когда
скважина достигает пласта газа, то он сам начинает поступать на поверхность.
Здесь его направляют в газопроводы и перекачивают на большие расстояния
для использования в промышленности и быту. Он заменяет другие виды топлива, такие, как уголь, нефть, торф. Из газа получают пластмассу, искусственный
каучук, волокно и другие полезные вещества. Но всегда надо помнить, что газ
очень опасен. При взаимодействии с воздухом он образует взрывоопасную
смесь. Кроме того, это ядовитое вещество. Попадание газа в органы дыхания
может привести к серьёзному отравлению. В связи с этим каждый нагреватель,
тепловой двигатель или даже целая электростанция характеризуются особой
величиной, называемой коэффициентом полезного действия. Эта величина показывает, какая часть количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива, расходуется полезно. Коэффициент полезного действия, сокращенно
КПД, обозначается буквой греческого алфавита (эта). Если, например, при сгорании топлива выделилось Qзатр.теплоты и только Qполезн использовалось полезно, то
= (Qпол./Qзатр.)100%
Закрепление
1. При полном сгорании 1 кг природного газа выделилось 44 МДж теплоты. Какова теплота сгорания топлива?
2. На вопрос учителя: «Как понимать выражение: теплота сгорания керосина
равна 46 МДж/кг?» ученик ответил так: «Это значит, что при сгорании керосина выделяется 46 МДж теплоты». Правильный ли ответ дал ученик?
3. Известно, что температура пламени наибольшая в верхней его части. Почему
же часто, спеша нагреть воду в чайнике, увеличивают пламя, открывая кран горелки?
Ответ. Чтобы уменьшить время нагревания воды, ей надо передать большее количество теплоты в единицу времени, т.е. сжигать в единицу времени больше
топлива.
37
5. Сколько дров понадобится, чтобы истопить кирпичную русскую печь? Масса
печи 1,5 т, в процессе протапливания ее температура менялась от 100С до 700С,
а КПД равен 25% (Ответ: 26 кг).
Домашнее задание.
Подведение итогов урока.
Приложение 5
Исследование свойств и теплопроводности различных материалов
Факультатив «Юный исследователь» в 8-м классе
Учитель физики Н.Г.Тищенко, УО «Государственная гимназия № 5 г.Витебска»
Тип занятия: исследовательский вариант выполнения лабораторной работы.
Цели:
- исследовать теплоизоляционные свойства различных материалов;
- способствовать развитию у учащихся умений выполнять исследования по
плану;
- содействовать формированию рефлексивных умений;
- содействовать развитию умения работать с различными источниками информации;
- постигать естественнонаучные основы энергосбережения.
Приборы и принадлежности: термометр лабораторный, калориметр, весы, разновесы, чайник с водой, часы, различные материалы для исследования
(стекловата, кирпичи, древесина, гипсокартон, медиапроектор).
Ход занятия
Первый этап: организационный (1 мин.)
Цель: полная готовность класса и оборудования, быстрое включение учащихся
в рабочий ритм.
Педагогические задачи: подготовка учащихся к плодотворной работе.
Содержание
Содержание
Методические материалы
деятельности учителя
деятельности учащихся
Образует «вектор», за- Понимают и принимают Текст слайда:
дающий направление и «вектор»
В будущем мы сможем
интенсивность деятельсделать правильный выности всех присутствубор, если проведем исслеющих на уроке
дование свойств и теплопроводности
различных
материалов
38
Второй этап: ориентировочно-мотивационный этап (9 мин.)
Цель: готовность учащихся к активной учебно-познавательной деятельности на
основе опорных знаний.
Педагогические задачи: обеспечение мотивации и принятия учащимися цели
учебно-познавательной деятельности, актуализация опорных знаний.
Содержание
деятельности учителя
Организует обнаружение учащимися уровня
своей компетентности и
«погружает» в их незнание.
Создает условия для самоопределения учащихся на деятельность и ее
результаты
Содержание
деятельности учащихся
Методические материалы
Индивидуальная работа
по формулировке цели Программа «Открытая физанятия.
зика» 2.5 часть 1 (тема
Обсуждение итогов ра- «Виды теплопередачи»)
боты.
Мини-рассуждения
о
возможных вариантах
выполнения работы
Третий этап: операционно-познавательный (18 мин.)
Цель: восприятие, запоминание и анализ учащимися материала, максимальное
использование самостоятельности в добывании новых знаний.
Педагогические задачи: обеспечение восприятия, осмысления и первичного
запоминания знаний, способов действий, связей и отношений в объекте изучения.
Содержание
Содержание
деятельности учителя
деятельности учащихся
Организует целенаправ- Работа с инструкцией по
ленную познавательную выполнению работы
деятельность учащихся
и образовательные ситуации развивающего
типа
Методические материалы
Инструкция (на слайде).
Учебник и дополнительная
литература (для желающих)
по теме
Четвертый этап: контрольно-оценочный (11 мин.)
Цель: получение информации о реальных результатах обучения, достижениях
каждого ученика, адекватная самооценка учащихся.
Педагогические задачи: выявить качество и уровень овладения знаниями,
обеспечить их коррекцию, анализ перспективы последующей работы.
39
Содержание
деятельности учителя
Создает условия для самоконтроля, коррекции и самокоррекции ЗУНов учащихся
Содержание
Методические матедеятельности учащихся
риалы
Анализ результатов ра- Справочный материботы.
ал (на слайде)
Сверка своих ответов с
ответами других учащихся и с эталоном
Заключительный этап: рефлексивный (6 мин.)
Цель: осмысление учащимися своих действий, прогнозирование способов саморегуляции и сотрудничества.
Педагогические задачи: мобилизовать учащихся на рефлексию своего поведения, обеспечить понимание цели, содержания и способов выполнения аналогичных заданий.
Содержание
деятельности учителя
Организует рефлексию.
Содержание
деятельности учащихся
Обсуждаются удачи и
причины ошибок.
Обеспечивает
само- Самоопределяются на
определение на анало- выполнение заданий тагичную деятельность
кого же типа
Методические материалы
Информация на слайдах
по применению материалов с различными теплоизоляционными
свойствами
Инструкция
1. Налейте в калориметр 150 – 200 мл горячей воды из чайника.
2. Измерьте температуру воды в калориметре.
3. Поместите калориметр с горячей водой в защитный кожух, изготовленный
из исследуемого материала.
4. Через определенное время (например, через 3, 6, 9 мин) произведите измерение температуры воды в калориметре.
5. Занесите полученные данные в таблицу.
материал
Т1
Т2
Т3
Т4
6. Повторите все действия для других материалов.
7. Постройте графики зависимости температуры воды от времени для каждого
материала (можно с использованием программы Microsoft Excel).
8. Сделайте выводы из полученных результатов.
40
Приложение 6
Использование электричества в быту. Экономия электроэнергии
Учитель физики В.В.Ханецкий, УО «Миорская ГОСШ №1»
Цель:
- углубить знания учащихся по теме урока;
- развивать познавательную активность и творческие способности учащихся,
умение работать в группах, память, мышление, воображение, внимание;
- воспитывать понимание необходимости энергосбережения, нравственноэстетической и экономической культуры.
Вид урока: урок усвоения новых знаний.
Форма проведения: ролевая игра «Работа научно-исследовательского центра»
Подготовительный этап
1. Подбор наглядности:

Карта Республики Беларусь с полезными ископаемыми
2. Подготовка кабинета:

Расположение столов и стульев для работы учащихся в группах

Оформление доски (дата, тема, домашнее задание)
3. Деление класса на творческие группы

Группа «Аналитики»

Группа «Лампы накаливания»

Группа «Лампы энергосберегающие»

Группа «Экономисты»

Группа «Рекламные агенты»

Группа «Инспектора по электробезопасности»
4. Выбор руководителей групп.
До начала урока группа «Лампы накаливания» получила информацию о
наличии в школе ламп накаливания до переоборудования системы освещения
школы энергосберегающими светильниками.
Ход урока
Задание группе «Аналитики» (готовят сообщения заранее).
1. История развития энергосистемы нашей страны.
Особенностью электроэнергетики в РБ является то, что практически 100%
всей производимой энергии дают тепловые электростанции, которые работают
на привозном топливе. Более 50% энергии вырабатывается в Минской и Гомельской областях. Но самой мощной электростанцией в РБ является Лукомльская ГРЭС мощностью 2,4 млн кВт, расположенная в Витебской области. Около 1 ГВт имеет мощность Берёзовская ГРЭС. Часть электроэнергии вырабатывается на ТЭЦ, которые размещены в крупных городах, а также на ТЭЦ при некоторых предприятиях: сахарных заводах, объединении «Беларуськалий», Добрушской бумажной фабрике. В энергосистему страны входит также и патриарх
41
отечественной энергетики – БелГРЭС, которая была воздвигнута в 1930 году в
рекордно короткие сроки – три года и пять месяцев. Это была в то время самая
крупная гидроэлектростанция союзного значения – одна из 30 по плану ГОЭЛРО. Она разместилась в недрах торфяных болот в двух десятках километров
от Орши в г.п. Ореховск Оршанского района. Первая в РБ электростанция была
построена на территории Гомельской области в 1898 году при Добрушской бумажной фабрике, затем через 5 лет была пущена в эксплуатацию Минская электростанция, потом появилась Витебская и др. Всего в 1913 году на территории
республики действовало 11 электростанций общей мощностью 5,3 тыс кВт.
Протяжённость электролиний была в пределах 200 км.
2. Топливно-энергетические ресурсы Беларуси (используют атлас, карту
полезных ископаемых Республики Беларусь).
3. Использование электричества в быту.
4. Проблемы Республики Беларусь в отношении запасов топлива.
Энергосбережение является приоритетом государственной политики,
важным направлением в деятельности всех без исключения субъектов хозяйствования и самым дешёвым, но не бесплатным источником энергии. По мнению специалистов, только в сельском хозяйстве возможно сэкономить до 50%
электроэнергии, а в некоторых производствах строительной индустрии – и того
больше. При этом во многих случаях мероприятия по внедрению энергосберегающих технологий не требуют больших финансовых затрат, т.к. расходы на
производство 1 тонны условного топлива первичной энергии в 3-4 раза больше,
чем на её сбережение. И это подтверждается практикой. Так, в среднем по
стране целенаправленная работа по энергосбережению в последние годы обусловила отдачу от каждого вложенного рубля тремя рублями прибыли. От реализации энергосберегающих технологий в процессе производства напрямую зависит себестоимость продукции, а значит, и цена её, которая напрямую влияет
на уровень доходов и расходов населения, на уровень его жизни.
Ход урока
1-й этап. Вступительное слово учителя (тема, цели, задачи, форма проведения урока).
2-й этап. Учитель раздаёт задания группам.
Задание группе «Лампы накаливания»
1. Определить суммарную мощность ламп накаливания, установленных в
школе.
2. По показаниям школьного электросчётчика определить расход электроэнергии за 1 учебный день.
3. Расчётным способом определить расход электроэнергии за месяц.
4. Расчётным способом определить расход электроэнергии за учебный год.
Задание группе «Лампы энергосберегающие»
1. Определить суммарную мощность энергосберегающих ламп, установленных в школе (определяют заранее).
2. По показаниям школьного электросчётчика определить расход электроэнергии за 1 учебный день (определяют заранее).
42
3. Расчётным способом определить расход электроэнергии за месяц.
4. Расчётным способом определить расход электроэнергии за учебный год.
Задание группе «Рекламные агенты»
1. Обсудить возможные рекламные зарисовки по вопросам сбережения,
экономии энергоресурсов.
2. Приготовить рекламные листы и рекламные надписи.
Задание группе «Инспектора по электробезопасности»
Подготовить информацию о характере восприятия человеком переменного и
постоянного тока.
3-й этап. Обмен изученной и обработанной информацией (сообщения
членов групп).
Отчёт группы «Лампы накаливания»
1. В школе было установлено 226 ламп накаливания мощностью 100 Вт
каждая.
2. Потребляемая мощность всех ламп 22600 Вт.
3. Расход электроэнергии за день (по показаниям электросчётчика) –
158,2кВт•ч.
4. Расход электроэнергии за месяц (20 дней) – в среднем 3160 кВт•ч.
5. Расход электроэнергии за год (7 месяцев) – в среднем 25000 кВт•ч.
Отчёт группы «Лампы энергосберегающие»
1. В школе было установлено 236 ламп накаливания мощностью 58 Вт каждая.
2. Потребляемая мощность всех ламп 13688 Вт.
3. Расход электроэнергии за день (по показаниям электросчётчика) – 95,8
кВт•ч.
4. Расход электроэнергии за месяц (20дней) – в среднем 1916 кВт•ч
5. Расход электроэнергии за год (7 месяцев) – в среднем 13400 кВт•ч
Отчёт группы «Экономисты»
1. Стоимость потреблённой электроэнергии за год при использовании ламп
накаливания – 3625000 рублей.
2. Стоимость потреблённой электроэнергии при использовании энергосберегающих ламп – 1943000 рублей.
3. Экономия государственных денег составила 1682000 рублей.
4. Учитывая, что коэффициент полезного действия тепловых электростанций составляет около 40%, сэкономлено 3600 кг каменного угля, который
наша республика закупает за границей, или около 7000 кг торфобрикета.
После данного отчёта делаем вывод о значимости и актуальности вопросов энергосбережения для нашего государства.
43
Отчёт группы «Инспектора по электробезопасности»
На доске таблица:
Сила тока,
мА
0,6 - 0,15
2 -3
5 – 10
12 – 15
20 – 25
50 – 80
90 – 100
Характер восприятий человеком
переменного тока
Начало ощущения, лёгкое покалывание и дрожание пальцев рук
Сильное дрожание пальцев рук
Ощущение боли. Судорога рук
Руки трудно оторвать от электродов. Сильные боли в пальцах и
кистях рук. Состояние терпимо 5
-10 с
Руки сразу парализуются, и оторвать их от электродов невозможно. Затрудняется дыхание.
Состояние терпимо не более 5 с
Паралич дыхания. Нарушение
сердечной деятельности
Характер восприятий человеком
постоянного тока
Не ощущается
Не ощущается
Зуд, ощущение нагрева
Усиление нагрева
Ещё большее усиление нагрева.
Незначительное
сокращение
мышц рук
Сильное ощущение нагрева, сокращение мышц рук. Судороги.
Затруднения дыхания
Паралич дыхания. При длитель- Паралич дыхания
ности 3 с и более наступает паралич сердца
(приведённые данные имеют среднестатистическое значение)
4-й этап. Гимнастика для глаз.
5-й этап. Разгадывание кроссворда.
По вертикали:
1. Горючее вещество, применяемое для получения теплоты путём его сжигания (топливо).
По горизонтали:
2. Единица измерения мощности (Ватт).
3. Комплекс мер для обеспечения эффективного и рационального использования энергоресурсов (энергосбережение).
4. Предприятие, вырабатывающее электроэнергию (электростанция).
5. Способность тела или системы тел совершать работу (энергия).
44
6. Единица измерения энергии (Джоуль).
6-й этап. Выполнение самостоятельной работы на карточках.
7-й этап. Самоконтроль, контроль и коррекция. На листах само- и взаимоконтроля – отметка за работу на уроке себе и руководителю группы; руководители групп ставят отметку себе и каждому члену группы.
8-й этап. Подведение итогов.
Приложение 7
Энергосбережение – делаем вместе
Урок физики в 8 классе
Учитель физики Е.А.Макарова, УО «ГОСШ №12 г.Витебска»
Тип занятия: практическая работа по определению экономической целесообразности использования энергосберегающей электрической лампочки.
Цели:
 формирование умения применять полученные знания в практической
деятельности;
 воспитывать экономически целесообразное, по-хозяйски бережное использование электрической энергии в школе и дома;
 развивать вычислительные навыки при решении практических задач.
Оборудование: электрическая лампочка накаливания бытовая 220-240 В, 100
Вт – 1 шт., ресурсосберегающая лампа 3U 26W-E 27-27 – 1 шт., демонстрационные вольтметр и амперметр по 2 шт., соединительные провода.
Ход урока
На кафедре (справа и слева) закреплены 2 лампы: обычная лампа накаливания и ресурсосберегающая люминесцентная. Необычный вид ресурсосберегающей лампы, как правило, вызывает интерес хотя бы у одного ученика в
классе. Используя это, учитель объявляет тему и цель урока.
I. Вступительное слово учителя.
В июне 2008 года в республике стартовала информационная акция «Минус 60 ватт в каждой квартире», инициированная Департаментом по энергоэффективности Госстандарта. Акция направлена на популяризацию использования энергосберегающих ламп в домах и квартирах граждан. Специалисты подсчитали, что при выполнении условий акции удастся экономить 467 млн. кВт•ч
электроэнергии в год.
Такая значительная экономия может быть достигнута всего лишь при замене 75-ваттных ламп накаливания на 15-ваттные энергосберегающие.
Поговорим подробнее о том, что же все-таки представляет из себя энергосберегающая лампа и за счет чего происходит экономия.
45
Нам сегодня предстоит практически определить, насколько целесообразно
применять для освещения дома и школы такие лампы, возможность их эксплуатации в существующих светильниках.
II. Практическое выполнение работы.
1. Определение мощности тока в лампах.
Учащиеся в рабочих тетрадях чертят схему электрической цепи для определения мощности тока в лампе. Тех из них, кто испытывает затруднения, учитель отсылает к ранее выполненной лабораторной работе «Определение мощности тока в лампе». В это время 2 ученика (по выбору учителя) монтируют
электрические цепи на кафедре. После проверки правильности монтажа электрических цепей учитель включает лампы. Лампы подбираются так, чтобы их
световой поток был одинаков. Необходимо продемонстрировать ученикам, что
ресурсосберегающая лампа во время работы нагревается до температуры, при
которой прикосновение к ней не грозит ожогом. Желательно, чтобы все учащиеся в этом убедились. После этого учитель устанавливает на обе лампы светильники, чтобы в конце работы путем прикосновения к ним определить степень их нагрева. Каждый из учеников, помогающих учителю на кафедре, на
своей половине классной доски вычисляет мощность тока в своей лампе.
P=IU
Ресурсосберегающие лампа
Лампа накаливания
I =0,12 А P=0,12А 220В=26,4Вт=
I =0,6 А
P=0,6А220В=132Вт=
U =220В = 0, 0264 кВт.
U =220В
=0, 132 кВт
Учащиеся, которые работали у доски, возвращаются на свои места и
оформляют работу в тетради.
2. Расчет потребляемой лампами электроэнергии.
Учащиеся должны вспомнить в ходе диалога с учителем, что расход электрической энергии равен работе электрического тока в лампе, которая рассчитывается по формуле:
А=Рt
Учитель предлагает рассчитать работу электрического тока в лампе за все
время ее эксплуатации. Ученикам сообщается, что ресурсосберегающая лампа
рассчитана на 6000 часов работы, а лампа накаливания – только на 1000. Расчет
работы тока в лампах производим за 6000 часов. Правда, за время работы одной
ресурсосберегающей лампы придется использовать 6 обычных ламп накаливания. Для работы у доски приглашаются следующие 2 ученика.
46
А=0,0264 кВт • 6000 ч.=158,4 кВт•ч
А=0,132 кВт • 6000ч = 792 кВт•ч
Вычисляем, сколько кВт•ч составит экономия электроэнергии.
ΔW=792 кВт•ч – 158,4 кВт•ч = 633,6кВт•ч
Теперь можно сосчитать, сколько процентов составит экономия электроэнергии при использовании ресурсосберегающей лампы:
(633, 6/792) • 100%=80%
3. Расчет финансовых затрат при эксплуатации лампы
Учитель сообщает, что тариф, по которому родители учащихся рассчитываются за поставляемую электроэнергию в 2007 году составляет 145 руб./кВт•ч.
Стоимость электроэнергии, израсходованной в одной лампе за 6000 часов, составит:
145 руб./кВт•ч 158,4 кВт•ч=22968 руб. 145 руб./кВт•ч 792 кВт•ч =114840 руб.
Округляем до целых рублей
Округляем до целых рублей
23000 руб.
115000 руб.
Экономия денежных средств по уплате за расходуемую электроэнергию
за все время эксплуатации одной лампы составит
115000 руб. – 23000 руб. = 92000 руб.
Необходимо учесть и разницу и в стоимости ламп:
Ресурсосберегающая лампа –
Лампа накаливания – 560 руб
10130 руб.
6 штук=3360 руб.
Полные затраты: стоимость лампы + расходы на электроэнергию.
10130 руб+23000 руб. = 33130 руб.
3360 руб+115000 руб=118360 руб.
Экономия финансовых средств при эксплуатации только одной ресурсосберегающей лампы дома составит: 118360 руб. – 33130 руб = 85230 руб.
4. Расчет замены ламп накаливания на ресурсосберегающие в школе.
Учитель сообщает ученикам, что по его просьбе было подсчитано количество светильников, в которых можно поменять лампы накаливания на ресурсосберегающие. Таких в школе оказалось 100 штук. Легко посчитать, что экономия при такой замене в финансовом выражении составит: 85230
руб.·100=8523000 руб. Округленно 9000000 руб.
Необходимо заострить внимание учащихся на том, что экономия средств
будет получена не одномоментно, а в течение всего времени эксплуатации ламп
– 6000 часов. Это примерно 5 лет. Предлагается подсчитать ученикам, сколько
будет экономиться ежегодно. 9000000 руб.: 5 лет=180000 руб./год.
Стоимость 100 ресурсосберегающих ламп 10130 руб. • 100=1013000 руб.
Уже в первый год эксплуатации лампы окупят свою стоимость, и к тому
же отпадает необходимость замены светильников. Последующие 4 года на
освещении помещений нашей школы экономится по 1800000 рублей ежегодно.
Почти 1/3 средств, предусматриваемых на оплату электроэнергии школы,
будет экономиться только за счет замены части осветительных ламп.
47
III. Заключительная часть урока.
Учитель выключает светильники на кафедре и предлагает ученикам в
степени нагретости одного и другого из них на ощупь, соблюдая осторожность.
Достоинства энергосберегающих ламп
Энергосберегающие лампы выделяют гораздо меньше тепла, чем лампы
накаливания. Поэтому их можно смело использовать в светильниках и люстрах
с ограничением уровня температуры, не боясь оплавления пластмассовой части
патрона, проводов или элементов отделки.
Площадь излучающей поверхности энергосберегающих ламп больше, чем
площадь спирали накаливания. Благодаря этому свет распределяется по помещению мягче и равномернее, чем от обычной лампы. Это легко заметить по теням: если вы вставите в люстру лампу накаливания, то тени от плафонов комнаты будут резкие, а при использовании энергосберегающей лампы они гораздо
мягче. Из-за более равномерного распределения света снижается утомляемость
человеческого глаза. Кстати, исследования показали, что при таком освещении
увеличивается производительность труда.
Благодаря долговечности энергосберегающие лампы незаменимы в труднодоступных местах (например, если в помещении высокие потолки), ведь менять их приходится значительно реже.
Перепады напряжения оказывают незначительное влияние на энергосберегающие лампы.
Широкий спектр моделей позволяет выбрать оптимальный вариант для
конкретного помещения.
Необходимо отметить и такой глобальный экологический аспект, как образование углекислого газа. Только в Соединенных Штатах Америки в результате использования ламп накаливания в год образуется около 450 млн т СО2.
Широкомасштабное использование передовых технологий освещения может
сократить количество углекислого газа на несколько сотен миллионов тонн
ежегодно.
Недостатки энергосберегающих ламп
Наверное, единственным серьезным недостатком энергосберегающих
ламп является их достаточно высокая стоимость. Наилучшими и, соответственно, самыми дорогими считаются лампы производства Osram, Philips, DeLux.
Однако потребителям стоит обратить внимание на еще один момент: люминесцентная лампа заполнена парами ртути, поэтому крайне нежелательно
допускать, чтобы она разбивалась в помещении. Проблемой является и утилизация энергосберегающих ламп, потому что выбрасывать их фактически запрещено. Жаль только, что при покупке клиенту не сообщают, что делать с
люминесцентными лампами, вышедшими из строя.
К второстепенным недостаткам энергосберегающих ламп можно отнести
и то, что, как и для всех люминесцентных источников света, для них нежелательны частые включения-выключения. Кроме того, их нельзя использовать в
светильниках с регулятором яркости.
48
Определившись с отличиями энергосберегающих ламп от традиционных
ламп накаливания, перейдем к ответу на вопрос о том, на что важно обращать
внимание при покупке энергосберегающих ламп.
Хотя в последнее время стали появляться энергосберегающие лампы,
практически одинаковые по размеру с обычными лампами, все-таки большинство из них больше по размерам, чем лампы накаливания. Поэтому при покупке
необходимо принимать во внимание размер светильника.
Люминесцентные лампы выпускаются U-образной формы и в виде спирали. Спиралевидные лампы немного меньше по габаритам U-образных ламп
такой же мощности (их длина меньше). Форма никак не сказывается на работе
лампы, однако спиралевидные лампы в большинстве случаев стоят дороже, так
как они более сложны в изготовлении.
Очевидно, что энергосберегающие лампы различаются по своей мощности. Так же, как и у обычных ламп накаливания, зависимость прямая: чем мощнее лампа, тем ярче светит, но тем больше потребляет электроэнергии. Но не
надо забывать, что энергосберегающая лампа излучает свет в 4-5 раз сильнее
обычной лампы.
Также следует иметь в виду, что существует два основных вида цоколей:
Е27 (в просторечии «большой») и Е14 («маленький»). Перед покупкой на всякий случай проверьте, под какой цоколь установлен патрон в вашем светильнике.
При выборе стоит учесть и срок службы лампы. Если по каким-либо причинам установка лампы затруднена, стоит выбрать лампу с максимально долгим сроком службы, чтобы как можно реже совершать процедуру ее переустановки.
Далее по предложению учителя предлагается принять по результатам
урока решение рекомендовать руководству школы не заменять светильники на
более мощные, а заменить лампочки накаливания в них на ресурсосберегающие.
Дома учащимся предлагается подобные расчеты проделать с целью подсчёта экономии электроэнергии и денежных затрат на нее в их квартире.
Примечание
1. Если не окажется лампы соответствующей мощности, то можно будет, регулируя напряжение источника трансформатором, получить от исследуемых
ламп одинаковую освещенность. Хорошо было бы использовать люксметр,
при его отсутствии обычный фотоэкспонометр или, в крайнем случае, положиться на зрительное восприятие учеников.
2. Целесообразно поставить вопрос об экономии средств при монтаже осветительных электрических цепей с использованием ресурсосберегающих ламп.
Речь идет об экономии металла на изготовление электропроводки. Количественный расчет не предусмотрен.
3. Следует также обратить внимание учеников на отрицательную сторону лампы – ее инерционность при включении.
49
4. Разумеется, существует более короткий и рациональный путь расчета экономической целесообразности данной лампы по приведенным в паспорте данным, но цель данного урока оправдывает именно такой путь.
Приложение 8
Экономия там, где внедряют новые технологии
Исследовательская работа
Учащаяся 9 класса УО «Полоцкая ГОСШ № 3» Дарья Гировко,
руководитель – учитель физики Т.И.Ивановская
Цель: изучить возобновляемые источники энергии и рассмотреть перспективу их развития в Беларуси и Полоцком регионе.
Задачи:
- раскрыть суть государственной политики в области энергосбережения;
- показать необходимость системного подхода к решению проблем энергосбережения
и экологии;
- убедить учащихся в возможности и необходимости их личного участия в решении
проблем энергосбережения;
- содействовать формированию культуры использования энергии и творческого мышления в отношении изыскания резервов энергосбережения в повседневной жизни;
- применительно к национальным и региональным условиям показать практические и
экономические аспекты организации рационального использования энергоресурсов.
Введение
Через реализацию энергетического потенциала человечество обеспечило появление и развитие промышленности, науки и культуры, которые и определяют качество
нашей жизни. Все это было бы невозможно без активного использования энергетических ресурсов Земли, к сожалению, пока в основном за счет их невозобновляемой части (нефть, уголь, газ). Доля возобновляемых источников энергии пока еще совсем незначительна даже в развитых странах. В материалах XV конгресса Мирового энергетического совета (1992 г.) было отмечено: «Органические топлива останутся основой
энергообеспечения человечества; их абсолютное потребление возрастет при любых реалистических сценариях. Не просматривается ни одного нового источника энергии, по
крайней мере, на ближайшие 30 лет». Прошедшие с того момента годы пока подтверждают состоятельность этих предсказаний. По разным источникам и оценкам прогнозируется исчерпание на Земле органических топливных ресурсов (в первую очередь
нефти) примерно через несколько десятков лет. Учитывая также рост цен на энергоносители, встает вопрос рационального использования традиционных энергоресурсов и одновременного использования возобновляемых источников энергии. Республика Беларусь относится к числу государств, которые недостаточно обеспечены собственными энергетическими ресурсами. Это создает особые условия функционирования экономики государства, делает ее уязвимой и зависимой от внешних поставщиков.
50
В связи с этим Президентом и правительством Республики Беларусь постоянно
проводится энергетическая политика, направленная на модернизацию и трансформацию топливно-энергетического комплекса, снижение энергоемкости всех видов продукции, разработку и внедрение в народном хозяйстве энергосберегающих технологий.
Директивой № 3 Президента Республики Беларусь поставлена задача обеспечения
энергетической безопасности и энергетической независимости страны, главными факторами которых являются экономия и бережливость. В создавшихся условиях первоочередной задачей является всемерное использование имеющихся внутренних резервов экономии, то есть энергосбережение. Основа энергосбережения — рациональное
использование энергоресурсов и сокращение их потерь.
Нетрадиционные энергоресурсы являются экологически чистыми, не требуют
затрат на транспортирование к месту потребления. Иногда возобновляемые источники энергии называют «даровыми» источниками (это справедливо только в том смысле, что не нужны затраты на их добычу и транспортировку), сегодня приходится
нести большие расходы на сооружение таких установок. Нередко они громоздки,
иногда их нужно снабжать дорогостоящими аккумулирующими устройствами, чтобы
энергия поступала точно по графику, независимо от силы ветра или интенсивности
солнечной радиации.
Процесс энергопотребления неразрывно связан с экологией. Использование
традиционных топливно-энергетических ресурсов непременно ведет к загрязнению
окружающей среды. Объекты энергетики дают до трети всех вредных выбросов в
окружающую среду. Опасным является не потребление энергии как таковое, а масштабы самого потребления, а еще более следствия потребления энергии, отходы.
Производство и потребление энергии прямо связано с уровнем технического развития
региона и сопровождается разрушительным действием на окружающую среду: реки
загрязняются нефтью, идут кислотные дожди, содержание углекислого газа в атмосфере повышается, озоновый слой атмосферы разрушается. Наличие в нашем регионе
НПЗ, ТЭЦ и других предприятий, загрязняющих окружающую среду требует внедрения нетрадиционных видов энергии. Исходя из этого, логически вполне уместно рассматривать обе общечеловеческие проблемы (энергосбережение и экология) в комплексе. Как быть? Решение данной проблемы мы видим в двух направлениях.
1. Развитие нетрадиционных энергоресурсов.
2. Экономия энергоресурсов.
В своей работе мы рассмотрели, как можно развивать данные направления в
своем регионе.
1. Ветроэнергетика
Ветровая энергетика — получение механической энергии от ветра с последующим преобразованием ее в электрическую. Выходная мощность ветроэнергетической установки пропорциональна площади лопастей ветрового колеса и скорости ветра (в третьей степени), поэтому установки большой мощности, в мегаваттном диапазоне, должны быть по своим габаритам очень крупными, поскольку скорость ветра в
среднем не бывает очень большой.
Одной из самых сложных проблем, препятствующих широкому распространению
ветроустановок, является постоянно меняющаяся скорость ветра. Кроме того, электроэнергия начинает вырабатываться этими установками тогда, когда дует ветер, а не
тогда, когда она необходима. К сожалению, удобного, эффективного и экономичного
способа запасать электроэнергию в большом количестве еще нет.
51
Отношение к ветроэнергетическим установкам до сих пор еще неоднозначно.
Наибольшую настороженность вызывает мнение, что широкое развитие ветровой
энергетики может привести к нарушению естественных потоков воздушных масс и
заметным климатическим изменениям. Использование энергии ветра для освоения в
крупных масштабах может оказаться неприемлемым. Тем не менее, ветровую энергию можно рассматривать как энергетический ресурс.
1.1. Ветровой потенциал Республики Беларусь
Энергетическая программа Республики Беларусь до 2010 года основными
направлениями использования ветроэнергетических ресурсов на ближайший период
предусматривает их применение для привода насосных установок и в качестве источников энергии для электродвигателей. Эти области применения характеризуются минимальными требованиями к качеству электрической энергии, что позволяет резко
упростить и удешевить ветроэнергетические установки. Особенно перспективным
считается их использование в сочетании с малыми гидроэлектростанциями для перекачки воды. Применение ветроэнергетических установок для водоподъема, электроподогрева воды и электроснабжения автономных потребителей к 2010 году
предполагается довести до 15 МВт установленной мощности, что обеспечит экономию 9 тыс. т условного топлива в год.
Беларусь располагает значительными ресурсами энергии ветра. По данным
Государственного комитета по гидрометеорологии Республики Беларусь, среднегодовая скорость ветра на территории республики составляет 4,3 м/с. При этом
на четверти пригодной для внедрения ветроэнергетических установок территории
среднегодовая скорость ветра превышает 5 м/с. Такая скорость ветра соответствует
требованиям мировой практики по показателям коммерческой целесообразности
внедрения ветротехники. При правильном выборе места установки ветроагрегата (на
возвышенностях открытой местности, на берегах водных массивов и т.п.) среднегодовая скорость ветра может достигать 6–7 м/с. Наиболее эффективно можно применять ВЭУ на возвышенностях большей части севера и северо-запада Беларуси и в
центральной части Минской области, включая прилегающие к ней районы с запада.
Показатели ветроагрегатов, рекомендуемых к использованию
на территории Республики Беларусь
Зональная сред- Диапазон рабо- Расчетная скорость ветнегодовая ско- чих скоростей
ра, соответствующая
рость ветра, м/с ветра ВЭУ, м/с номинальной мощности,
м/с
До 4,5
3–20
8
4,5–5,5
4–24
9
Выше 5,5
4–24
10–12
Ориентировочная доля
использования ВЭУ, %
40
30
30
Максимальный прогнозируемый ветроэнергетический ресурс территории республики составляет более 280 млрд. кВт•ч в год. Использование только 1 % территории под ветроэнергетику уже в 2010 году позволило бы выработать около 3 млрд.
кВт•ч энергии. При условии использовании 25 % годового времени на выработку такого количества энергии потребуется до 8000 ветроустановок мощностью от 100 до
500 кВт, которые позволили бы сэкономить ежегодно до 1 млн. т условного топлива.
Окупаемость подобной ветротехники составляет около 4 лет.
52
1.2. Ветровой потенциал Витебской области
Наши природные условия, к сожалению, не позволяют большую ставку делать
на энергию ветра, как, например, в Дании, где 18% электроэнергии производится за
счет ветра. Но применять такие установки локально у нас можно. Был проведен анализ розы ветров во всех районах области, в каждом найдены участки, на которых
можно установить ветряки.
Действительно, у нас нет морских побережий, как, например, в Дании. А большинство подобных установок как раз и рассчитаны на использование на морских побережьях, где средняя скорость ветра достигает 13 метров в секунду. Но уже есть
установки, предназначенные для континентальных равнин. К тому же белорусские
ученые подчеркивают: и у нас немало возвышенностей высотой 200 метров над уровнем моря. На них, как правило, расположены 20 – 30 метровые холмы. По подсчетам
В.Пекелиса, при установке на них высотой 40 – 60 метров можно гарантировать среднюю скорость ветра 6 – 7 метров в секунду, чего вполне достаточно для промышленного производства электроэнергии.
Подтвердил это и заместитель начальника службы перспективного развития
РУП «Витебскэнерго» Сергей Панушкин: в Витебской области точка в развитии ветроэнергетики не поставлена. Используя закономерности изменения скорости ветра в
зависимости от абсолютной высоты места, формы рельефа, убежден он, на Витебщине можно использовать энергию ветра в промышленных масштабах.
Другое дело, что очень высока стоимость ветроэнергетических установок, которые в основном производятся в Германии. Установка мощностью 1 МВт, например,
сегодня обойдется не менее чем в 700 тысяч долларов, что для многих белорусских
предприятий пока заоблачная сумма. Но это если не учитывать экологичность данного производства. Дело в том, что ВЭУ практически безвредны для окружающей среды, хотя высок уровень шума – в радиусе около 400 метров не должно находиться
жилье.
В Полоцком регионе средняя скорость ветра приблизительно равна 2,1 м/с. Такой скорости недостаточно для развития ветроэнергетики. Наиболее эффективно
можно применять ветроэнергетические установки на возвышенностях Витебской области. Первая и пока единственная в области ветроустановка принадлежит Городокскому ДРУП-106. Ввод ее в эксплуатацию состоялся в ноябре 2006 года.
2. Гидроэнергетика
Гидроэнергетика — это область наиболее развитой на сегодня энергетики на
возобновляемых ресурсах, использующая энергию падающей воды, волн и приливов.
Вырабатываемую гидростанциями энергию легко регулировать, и она преимущественно используется для покрытия пиковой части графика нагрузки электросетей.
Наиболее сложные проблемы, связанные с сооружением и эксплуатацией ГЭС — это
наносимый ущерб окружающей среде (затопление плодородных земель), большие капитальные затраты на сооружение, климатические изменения, потенциальная угроза
землетрясений и др.
Основные направления развития гидроэнергетики республики: восстановление
старых малых ГЭС путем капитального ремонта и частичной замены оборудования;
сооружение новых малых ГЭС на водохранилищах неэнергетического (комплексного)
назначения, на промышленных водосбросах; строительство бесплотинных ГЭС на реках со значительным расходом воды.
53
Понятие о малой ГЭС
Наиболее сложными проблемами гидроэнергетики являются: ущерб, наносимый окружающей среде (особенно от затопления больших площадей при создании
водохранилищ), заиливание плотин, коррозия гидротурбин и в сравнении с тепловыми электростанциями большие капитальные затраты на их сооружение. В значительной степени указанные проблемы не касаются малых ГЭС. Мощность малой ГЭС не
превышает 10 МВт (иногда даже принимается лимит 5 МВт), а диаметр колеса гидротурбины — до 2 м. Гидростанции с мощностью менее 0,1 МВт называют микро-ГЭС.
Республика Беларусь — преимущественно равнинная страна, тем не менее, ее
гидроэнергетические ресурсы оцениваются в 850–1000 МВт. Однако практически реализуемый потенциал малых рек и водотоков составляет едва ли 10 % этой величины,
что эквивалентно экономии 0,1 млн. т у.т. в год. Для достижения большего пришлось
бы затопить значительные площади из-за равнинного характера рек.
Средняя себестоимость производства электроэнергии на малых ГЭС в семь раз
ниже той, что получают на тепловых электростанциях. Тем более, что республика
имеет для этого уникальные возможности — огромное количество озер, которые соединяются между собой реками.
2.1. Перспективы развития ГЭС в Республике Беларусь
В Беларуси гидроэлектростанции начали строить в 30-х годах прошлого века.
Первенцем была Чигиринская ГРЭС на реке Друть в Могилевской области. К концу
60-х гг. в Беларуси эксплуатировалось около 180 малых ГЭС общей мощностью 21
МВт. Однако они начали закрываться, не выдержав конкуренции с большой энергетикой. В настоящее время осталось лишь шесть действующих малых ГЭС.
Энергетическая программа Республики Беларусь до 2010 года в качестве основных направлений развития малой гидроэнергетики в республике предусматривает:
 восстановление ранее существовавших малых гидроэлектростанций на существующих водохранилищах путем капитального ремонта и частичной замены оборудования;
 сооружение новых малых ГЭС на водохранилищах неэнергетического назначения
без затопления территорий;
 сооружение малых ГЭС на промышленных водосборах;
 сооружение бесплотинных (русловых) ГЭС на реках со значительными расходами
воды.
Работы по восстановлению малых ГЭС уже начаты. В 1992-2000 годах в республике восстановлены следующие ГЭС:
 Добромыслянская (Витебская обл.) — 200 кВт;
 Гонолес (Минская обл.) — 250 кВт;
 Войтовщизненская (Гродненская обл.) —150 кВт;
 Жемыславльская (Гродненская обл.) — 160 кВт;
 1-я очередь Вилейской ГЭС (Минская обл.) — 900 кВт;
 Богинская (Витебская обл.) — 300 кВт;
 Ольховка (Гродненская обл.) — 100 кВт;
 Тетеринская (Могилевская обл.) — 600 кВт.
Как правило, все восстанавливаемые и вновь сооружаемые малые ГЭС будут работать параллельно с энергосистемой, что позволит значительно упростить схемные и
конструктивные решения.
54
2.2. Перспективы развития ГЭС в Витебской области
В 2003 году закончены восстановительные работы на Лепельской ГЭС, шестой
по счету реконструированной на Витебщине. Тут установлены две турбины мощностью 320 кВт и современное оборудование, которое сможет обслуживать всего один
человек. Количества собственной энергии достаточно, чтобы обеспечить примерно
две тысячи семей лепельчан на протяжении года, а в случае необходимости ГЭС «позаботится» о нормальной работе жизненно важных объектов — районной больницы,
хлебозавода и даже частично городской котельной.
Общую мощность малых ГЭС в республике предполагается довести к 2010 году до 100 МВт установленной мощности, что обеспечит экономию 120 тыс. т. у.т. в
год.
Бассейны рек Западная Двина и Неман, протекающих по территории Беларуси,
относятся к зонам высокого гидроэнергетического потенциала, и использование его
еще в 40-х годах прошлого века намечалось путем строительства многоступенчатых
каскадов ГЭС.
В настоящее время разработан проект создания каскада из четырех ГЭС на р.
Западная Двина со строительством ГЭС в районе Витебска, Бешенковичей и Полоцка
и еще одной ниже по течению с общей установленной мощностью 132 МВт и ежегодной выработкой электроэнергии 530 млн. кВт•ч. Аналогичный проект разработан
и для р. Неман со строительством ГЭС в районе г. Гродно (д. Немново) с общей установленной мощностью каскада 45 МВт и ежегодной выработкой электроэнергии 180
млн. кВт•ч. Каскад ГЭС планируется построить до 2015 года.
Но и в развитии этого направления, оказывается, есть немало проблем. Вопервых, особенности местности – наши реки равнинные, а значит, невелики и мощности ГЭС. Но в то же время мощность одной только Лепельской ГЭС вполне достаточно для обеспечения экологически чистой энергией целого райцентра Лепель.
Во-вторых, в последнее время растут расходы на строительство ГЭС. И по подсчетам специалистов РУП «Витебскэнерго», гидроэнергетика при своей экологичности пока намного дороже тепловой.
Но несмотря на данные факты, мы считаем, что у страны, не имеющей собственных энергоресурсов, нужно искать новые источники энергии.
В Полоцком регионе есть все условия для развития гидроэнергетики. Так, в
данный момент разрабатывается проект по строительству ГЭС на Западной Двине в
районе деревни Лучи. Ее мощность 23 МВт, этой энергии достаточно для того, чтобы
обеспечить электричеством Полоцкий регион. Введение в эксплуатацию ГЭС позволит ежегодно экономить около 35 тысяч тонн органического топлива. Предусматривается сооружение гидроузла руслового типа, с расположением сооружений водонапорного фронта в естественном русле реки, здания ГЭС с закрытым машинным залом, железобетонной
водосливной плотины с плоскими секционными затворами
для сброса паводковых вод, однокамерного судоходного шлюза для возможности
обеспечения речного судоходства. Станция будет иметь следующие параметры: установленная мощность – 23 МВт; количество турбин – 5; количество генераторов – 5;
отметка НПУ – 118 м; расчетный напор – 7,7 м. Для выдачи вырабатываемой электроэнергии в энергосистему будет сооружено открытое распределительное устройство с
двумя трансформаторами по 16 МВ и элегазовыми выключателями 110 кВ, и здание
ЗРУ с распределительным устройством 6 кВ. Дата начала проекта: 2007 г.; финансирование: частично собственные средства, частично – заемные. Страны для сотрудни-
55
чества: Австрия, Чехия, Словакия, Швейцария. Ввод ее в эксплуатацию планируется в
2010 году.
3. Биоэнергетика
Биоэнергетика — это энергетика, основанная на использовании биотоплива. В
биоэнергетике используются растительные отходы, искусственно выращенная биомасса (деревья, растения, водоросли) и биогаз.
Под понятием «биомасса» подразумеваются любые материалы биологического
происхождения, продукты жизнедеятельности и отходы органического происхождения. Биогаз образуется в процессе биологического разложения биомассы или органических бытовых отходов.
Источники биомассы, характерные для Беларуси, условно могут быть разделены на несколько групп:
 продукты естественной вегетации (древесина, древесные отходы, торф, листья и
т.п.);
 отходы жизнедеятельности людей, включая отходы промышленного производства;
 отходы сельскохозяйственного производства (навоз, куриный помет, стебли, ботва, солома и т.д.);
 специально выращиваемые высокоурожайные агрокультуры и растения.
3.1. Перспективы развития биоэнергетики в Республике Беларусь
В климатических условиях Беларуси с 1 га энергетических плантаций собирается масса растений в количестве до 10 т сухого вещества (что эквивалентно примерно 5 т у.т.). Наиболее целесообразно использовать для получения сырья выработанные торфяные месторождения, площадь которых в республике составляет около 180
тыс. га. Это может стать стабильным экологически чистым и биосферносовместимым источником энергетического сырья. В условиях Беларуси развитие биоэнергетики наиболее экономически целесообразно и технически осуществимо, так как
биомасса — вид топлива, которого у нас с избытком и не использовать который было
бы непростительной ошибкой.
Энергетика будущего — биоэнергетика. Солнечный свет сам по себе может
расщепить молекулу воды, если будет присутствовать подходящий катализатор. Существуют проекты крупномасштабного производства водорода с помощью бактерий.
Процесс идет по схеме фотосинтеза: солнечный свет поглощается сине-зелеными водорослями, которые довольно быстро растут. Эти водоросли могут служить пищей
для некоторых бактерий, в процессе жизнедеятельности которых из воды выделяется
водород. Исследования, которые провели с разными видами бактерий российские и
японские ученые, показали, что в принципе всю энергетику города с миллионным
населением может обеспечить водород, выделяемый бактериями, питающимися синезелеными водорослями на плантации площадью всего 17,5 км2. По расчетам специалистов МГУ, водоем размеров с Аральское море может обеспечить энергией почти
всю нашу страну.
Проект BYE/03/G31 "Применение биомассы для отопления и горячего водоснабжения в Республике Беларусь" разработан при активном участии Комитета по
энергоэффективности при Совете Министров Республики Беларусь, Программы развития ООН (ПРООН) и Европейской Экономической Комиссии ООН, которая выступила инициатором проекта. Данный проект является первым полномасштабным проектом, финансируемым Глобальным Экологическим фондом (ГЭФ). Общий объем
56
инвестиций со стороны ГЭФ составит более 3 миллионов долларов США. Реализация
проекта началась в сентябре 2003 года. Организацией, ответственной за осуществление проекта, является Комитет по энергоэффективности при Совете Министров Республики Беларусь.
Руководителем проекта на конкурсной основе выбран Войтехович Владимир
Николаевич, кандидат технических наук. Следует отметить, что проект очень важен
для Республики Беларусь, так как республика имеет ограниченные запасы ископаемых видов топлива (газ, нефть, уголь) и зависит от импортируемого сырья. Основным
природным ресурсом нашей республики является лес, который покрывает 36% ее
территории. Ежегодный прирост древесины составляет 25 миллионов кубических
метров. Рубки леса в годовом исчислении достигают 10 миллионов кубических метров и будут расти из года в год. Учитывая растущие объемы лесозаготовки в республике, будут расти и объемы отходов, образующихся при рубках леса и при переработке древесины. В этой связи крайне важно использовать те отходы, которые не находят
сегодня себе применения и могут быть использованы как топливо, вытесняя импортируемые природный гази мазут. Это в первую очередь отходы лесозаготовки и
невостребованные отходы деревообработки. По оценкам специалистов, примерно 6
миллионов кубических метров древесных отходов могут быть использованы в качестве топлива.
Что касается потребителей такого топлива, то примерно 2000 котельных мощностью от 0,5 до 10 МВт, работающих на ископаемых видах топлива, пригодны для
перевода на древесное топливо.
Необходимо отметить, что проект "Применение биомассы для отопления и горячего водоснабжения в Республике Беларусь" полностью исключает возможность
использования отходов древесины из районов, загрязненных радионуклидами в результате последствий аварии на Чернобыльской АЭС.
3.2. Перспективы развития биоэнергетики в Витебской области
Витебщина – лесной край, в некоторых районах леса занимают до 67% территории. В области развита деревообрабатывающая отрасль, поэтому нужно разумно
использовать её возможности. Некоторые шаги в этом направлении сделаны: многие
районные котельные уже работают на местном топливе. Сегодня ставится задача довести долю местных видов топлива в общем объеме потребляемых областью энергоресурсов до 25 %. Чтобы успешно справиться с ней, необходимо в первую очередь
решить проблему сбора древесных отходов. Новый, современный проект реализуется
в Ореховске Оршанского района. В поселке создается предприятие по первичной обработке древесины. Отходы производства будут сжигаться на БелГРЭС, «первенец»
энергетики Беларуси. Станция будет оснащена по последнему слову техники. Сейчас
идет наладка нового оборудования, аналогов ему в Беларуси пока нет. Вырабатываемых на нем тепло- и электроэнергии хватит на обогрев и освещение всего Ореховска.
4. Экономия энергоресурсов
Большинство возможностей экономии электроэнергии заключаются в изменении наших привычек. Можно добиться значительного сокращения потребления электроэнергии, если каждый раз, выходя из комнаты, где больше никого нет, выключать
свет. При этом вы экономите не только электроэнергию, но и деньги, а ваш жизненный комфорт при этом не меняется. Ещё больших результатов можно добиться, если
«с умом» подходить к выбору покупаемой вами бытовой техники, например, стиральных машин или лампочек. Сегодня можно во многих магазинах приобрести ве-
57
щи, которые обеспечивают одинаковую полезность, потребляя при этом меньше
электроэнергии. Смеем вас уверить, что разница в цене рано или поздно окупается.
Помните, что, экономя электроэнергию, вы экономите деньги, а также способствуете
улучшению состояния окружающей среды и разумному использованию полезных ископаемых ресурсов.
4.1. Экономия электроэнергии в школе
Развитие нетрадиционных источников будет неэффективно, если полученную
энергию расходовать бессистемно. Поэтому одной из главных задач деятельности
нашего государства стала работа по экономии и бережливости. Это же направление
становится приоритетным и в деятельности школы.
Мы изучили структуру потребления электрической энергии в школе, составили
перечень потребителей, узнали их характеристики, среднее время работы, сделали
необходимые расчеты. Подсчитали общее потребление электрической энергии по
школе.
Разработали памятки по экономии электрической энергии для учащихся школы
и работников кухни. На протяжении года снимали данные электросчетчика. В кабинете заменили лампочки на энергосберегающие. Провели расчеты по эффективности
использования энергосберегающих лампочек. Получили следующие результаты: в
классе с традиционными лампочками в год потребляется электроэнергии 3150 кВт, а
в классе с энергосберегающими лампочками – 630 кВт. Из этих данных видно, что в
энергосберегающем классе используется энергии в 5 раз меньше, чем в обычном. В
итоге проделанной работы мы получили экономию электроэнергии. За 2007 год школа сэкономила 57 % электроэнергии от выделенного лимита.
5. Проект будущего «Энергосберегающий дом»
Энергосберегающий дом будущего: солнечные панели на освещенной стороне
крыши и стеклянная стена, поглощающая энергию Солнца. По ночам стекло затемняется, а по утрам снова становится прозрачным, поэтому не нужны шторы. В будущем
дома будут питаться энергией от солнечных батарей, но на всякий случай подключаться к электросети, энергию для которой будет вырабатывать ГЭС. Любой избыток
электроэнергии будет возвращаться в местную сеть или использоваться для подзарядки аккумуляторов. Специальная установка будет вырабатывать биогаз, сжигаемый
в кухонных плитах. Солнечные водонагреватели обеспечат дом горячей водой и помогут в отоплении.
В будущем источником электричества в домах станут компактные топливные
элементы. Они будут устанавливаться в центральном энергетическом узле дома.
На заправочных станциях будущего не останется ни капли бензина! Вместо него насосы будут закачивать в топливные элементы автомобилей водород и кислород.
А синтезированная в элементах вода будет использоваться.
Спутники на околоземных орбитах будут собирать космические лучи и солнечное излучение, а затем передавать энергию в виде луча обратно на Землю. Но сначала
эту энергию нужно преобразовать в безопасную форму.
Заключение
Во всем мире усиленно работают над практическим применением нетрадиционных возобновляемых источников энергии, спектр и значимость которых для каждой страны и региона определяется местными условиями. Нетрадиционная энергети-
58
ка позволяет в определенных пределах заместить невозобновляемые топливноэнергетические ресурсы и снизить антропогенное воздействие на окружающую среду.
К 2010 году страны Европейского союза планируют увеличить использование
нетрадиционных источников энергии до 8 % в общем объеме энергопотребления. По
оценкам специалистов, в Республике Беларусь теоретически от нетрадиционных источников энергии можно получить до 60 % от общего объема энергопотребления;
техническая возможность ограничивается 20 %, а экономически целесообразно использовать 5–8 % в период до 2010 года.
В настоящее время нетрадиционные энергоресурсы используются ограниченно
из-за больших расходов на развитие соответствующей техники и технологий. При
ориентации части энергетики на возобновляемые источники важно избежать пессимистических и оптимистических прогнозов, правильно оценить их долю, технически
и экономически оправданную для применения.
Солнце и ветер, тепло недр Земли, энергия морей и океанов — важный резерв
экономии органического топлива. Многие специалисты считают, что единственный
способ преодоления энергетического кризиса — это масштабное использование возобновляемых источников энергии: солнечной, ветровой, океанической, или как их
еще называют, нетрадиционных. Идея использования нетрадиционных источников
энергии не нова. Ветряные и водяные мельницы известны с незапамятных времен, и в
этом смысле они — самые что ни есть традиционные. Речь идет о том, что в наши дни
поворот к использованию энергии воды, ветра, Солнца происходит на более масштабном и высоком уровне развития науки и техники.
Повышение эффективности и экономичности систем преобразования возобновляемых источников энергии в пригодные для практики виды энергии (электрическую,
тепловую, механическую) — главная задача, решение которой во многом определяет
масштабы рационального использования нетрадиционных энергоресурсов. С этим
связаны существенное повышение КПД установок, увеличение их рабочего времени,
значительное сокращение материалоемкости. Необходимо разрабатывать также новые процессы и системы преобразования энергии, создавать принципиально иные
устройства, совершенствовать методы аккумулирования энергии.
Экономия энергии — дело, касающееся всех, каждого из нас. Сколько может израсходовать одна электрическая лампочка? Казалось бы, пустяк, капля в море энергии.
Что показал опыт, проведенный в один вечер? Дикторы Центрального телевидения
обратились к зрителям с просьбой выключить лишние электролампочки и другие
приборы, которыми в данный момент не пользуются. Эффект превзошел все ожидания. Оказалось, что, выполнив просьбу, жители нашей страны сберегли энергию целой электростанции. Введение "летнего времени" сберегает каждый год четыреста
поездов с углем. В экономии энергии нет мелочей. И не надо думать, что это дело
ученых и инженеров. Вклад в осуществление этой серьезнейшей задачи может внести
любой житель нашей страны. Нужно лишь не проходить мимо бездумного растранжиривания энергии. Плохо утепленное с щелями окно, хлопающая в подъезде дверь
без пружины, текущий в ванной кран — все эти, казалось бы, несущественные источники потерь энергии, взятые вместе, значат очень много. Устанавливая электролампы
и другие приборы с низким энергопотреблением, мы можем сберечь электричество —
а заодно уменьшить на счета за свет.
59
Список использованной литературы
1. Галузо, И.В. Прикладная физика для школьников / И.В.Галузо. – Мн.: Универсал
Пресс, 2005.
2. Ганжа, В.Л. Пути решения энергетической проблемы в Беларуси / В.Л.Ганжа //
Энергоэффективность – 1997. – №1, 2.
3. Горнова, Т. Экономия там, где внедряют новые технологии / Т.Горнова
// Народнае слова. – 2007. – 10 февраля.
4. Кутынко, А. Энергия воды и ветра / А.Кутынко // Народнае слова. – 2006. – 28 ноября.
5. Проценко, А.Н. Энергия будущего / А.Н.Проценко. – Мн.: Юнацтва, 1997.
По данным наблюдений ГС Полоцк, сведения о среднемесячной
скорости ветра в период с 1 января 2007 года по 31 декабря 2007 года
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12
Структура потребления электрической энергии в школе за декабрь 2007 г.
№
1
2
3
4
5
Название потребителя
Потребляемая
мощность,
Вт
Количество
Суммарная
мощность,
Вт
Потребляемая
энергия,
Вт
10650
7800
5280
1520
640
1680
Время
работы
за месяц
78
78
78
56
28
28
Электрические
лампы в классе
Электрические
лампы в коридоре
Электрические
лампы в столовой
Электрические
лампы в
спортзале
Электрические
лампы в других помещениях
30
40
60
20
40
60
355
195
88
76
16
28
30
27
810
42
34020
40
20
800
78
62400
100
102
10200
28
285600
20
20
400
28
11200
830700
608400
411840
85120
17920
47040
60
Компьютеры
300
12
3600
Холодильники
50
3
150
Электрический
5
7
35
8
звонок
Электроплиты
6000
1
6000
9
в столовой
Другие потре300
30
9000
10
бители
Общее потребление электроэнергии за месяц
6
7
156
720
561600
108000
1
35
60
360000
78
702000
4125875
Анализ потребления электроэнергии за 2007 год
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Месяц
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
Год
Лимит (кВт)
4500
5500
5500
3500
3000
2500
1300
2000
3500
4500
5500
6500
47800
Израсходовано (кВт)
3560
3540
2070
1990
2370
1300
290
30
660
4100
3030
4430
27370
Литература
1. Галузо, И.В. Учимся экономии и бережливости: 8 класс. Энергоэффективность: современное энергетическое производство: учебно-методическое пособие / И.В.Галузо,
И.Н.Потапов. – Минск: Аверсэв, 2008. – 207 с.
2. Галузо, И.В. Учимся экономии и бережливости: 9 класс. Энергоэффективность: производственное и бытовое энергосбережение: учебно-методическое пособие / И.В.Галузо,
В.А.Байдаков. – Минск: Аверсэв, 2008. – 240 с.
3. Галузо, И.В. Учимся экономии и бережливости: 10 класс. Энергоэффективность: энергопользование и экология: учебно-методическое пособие / И.В.Галузо, В.А.Байдаков,
И.Н.Потапов. – Минск: Аверсэв, 2008. – 256 с.
4. Жилко, В.В. Сборник вопросов и задач по физике: Учебное пособие для 10 класса /
В.В.Жилко, Л.Г.Маркович. – Минск: Народная асвета, 2003. – 223 с.
5. Зданович, В.М. Физика 11 класс. Разноуровневые задания: пособие для учителей /
В.М.Зданович. – Минск: Лексис, 2004. – 111 с.
6. Капельян, С.Н. Сборник задач по физике: 9-11 классы: учебное пособие для учащихся /
С.Н.Капельян, В.А.Малашонок, Н.Н.Ракина, К.С.Фарино. – Минск: Аверсэв, 2003. – 272
с.
7. Лорентсен, И. Энергосбережение. ШПИРЭ: учебное пособие / И.Лорентсен,
Д.А.Хойстад, О.Н.Сенова. – С.-Петербург, 2004.
8. Учебные программы для общеобразовательных учреждений с белорусским и русским
языками обучения. Физика. VI – XI классы. – Минск: Национальный институт образования, 2008. – 79 с.
61
Содержание
Введение ……………………………………………………………………………..
Энергия ………………………………………………………………………………
Законы сохранения и превращения энергии ……………………………………...
Энергосбережение …………………………………………………………………..
Источники энергии …………………………………………………………………
Энергосбережение и охрана окружающей среды ………………………………..
Решение физических задач с элементами энергосбережения …………………..
Приложение 1. Круглый стол «Энергосбережение: проблемы и перспективы»
(Е.А.Леонович, С.З.Яскевич, И.Г.Маркович) ……………………………………..
Приложение 2. Брейн-ринг «Экономия. Экология и мы» (Н.Е.Акулова) ………
Приложение 3. «Световой режим в помещении. Экономичные источники света». Занятие с использование технологии активного обучения
(Т.И.Ивановская) ……………………………………………………………………
Приложение 4. «Топливо. Удельная теплота сгорания топлива». Урок физики
в 8 классе (Т.Н.Емельянцева) ………………………………………………………
Приложение 5. «Исследование свойств и теплопроводности различных материалов». Факультатив «Юный исследователь» в 8-м классе (Н.С.Тищенко) …
Приложение 6. «Использование электричества в быту. Экономия электроэнергии» (В.В.Хонецкий) ………………………………………………………………
Приложение 7. «Энергосбережение – делаем вместе». Урок физики в 8 классе
(Е.А.Макарова) ……………………………………………………………………..
Приложение 8. «Экономия там, где внедряют новые технологии». Исследовательская работа (Д.Гировко, Т.И.Ивановская) ……………………………………
Методические материалы
Интеграция вопросов энергосбережения
в содержание учебного предмета «Физика»
Составители
И.А.Ситникова,
Т.Г.Сороко,
С.М.Шингарёва
Корректура
Ю.А.Щуко
Подписано в печать 24.08.2009 Формат 60 х 84
Усл. печ. л. 3,4 Заказ
Тираж 40
Государственное учреждение образования
«Витебский областной институт развития образования»
210602, г.Витебск, пр-кт Фрунзе, 21
Растиражировано на ксероксе ГУО «ВОИРО»
3
4
6
8
9
11
11
15
21
27
30
36
39
43
48