Республика Хакасия, Аскизский район, с. Усть-Камышта
МБОУ Усть-Камыштинская СОШ
Учитель физики и математики
Чайдонов Александр Иванович
Цель урока: Рассмотреть возможности и применение закона сохранения энергии в технике и быту.
Ход урока: Проверка домашнего задания .
Опрос учащихся:
Учитель. На предыдущих уроках мы начали изучать одно из основных понятий физики — энергия. Так что такое энергия?
Учащийся. Физическая величина, показывающая какую работу может совершить тело.
Учитель. Какие два вида механической энергии различают?
Учащийся. Различают кинетическую и потенциальную энергии.
Учитель. Чем обусловлена кинетическая энергия?
Учащийся. Кинетическая энергия тела обусловлена его движением.
Учитель. Чему равна кинетическая энергия тела?
Учащийся. Кинетическая энергия тела равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости.
Учитель. Чем обусловлена потенциальная энергия тела?
Учащийся. Потенциальная энергия обусловлена взаимодействием тел.
Учитель. Сейчас мы напишем физический диктант. Я буду называть физические тела, вы — укажите какой энергией обладает тело: если кинетической — пишем Ек, если потенциальной — Ер, если двумя видами энергии — Ек + Ер. Названные тела вы не только услышите, но и увидите на экране. (Слайды 1 — 3)
А теперь проверяем диктант. На экране вы видите правильные ответы.
1 — Ер, 2 — Ек, 3 — Ек + Ер, 4 — Ек + Ер, 5 — Ер, 6 — Ек+ Ер ( слайд 4 презентации. )
Поднимите руки, кто правильно ответил на 4 и 6 вопросы? Большинство ответили правильно. Проплывающая в небе туча и падающая вода обладают и потенциальной и кинетической энергией. А что заставляет тучу двигаться?
Учащийся. Ветер.
Учитель. Из курса географии вам уже известно, что такое ветер.
Учащийся. Ветер — движение воздуха относительно земной поверхности.
Учитель. По каким признакам вы определяете, находясь в звукоизолированном помещении, что на улице есть ветер? ( учащиеся приводят примеры колеблющихся веток, развевающихся флагов, отклоняющегося дыма из трубы, пролетающих листьев). Так как ветер способен переносить предметы, то мы можем утверждать, что ветер совершает работу. А если тело может совершать работу, то оно обладает энергией. Каким видом энергии в большей степени обладает ветер? (Слайд 5 презентации. )
Учащийся. Ветер в большей степени обладает кинетической энергией.
Учитель. Потоки воздуха обладают кинетической энергией, а потоки воды?
Учащийся. Так как вода имеет массу и движется с некоторой скоростью, то она обладает кинетической энергией.( слайд 6 )
Учитель. Может ли вода обладать потенциальной энергией?
Учащийся. Вода будет обладать потенциальной энергией, если поднята на некоторую высоту над землёй.
Учитель. Сегодня на уроке мы рассмотрим энергию движущейся воды и ветра.
Тема урока - энергия движущейся воды и ветра. (слайд 7 ).
Цель нашего урока — выяснить где и как используется энергия движущейся воды и ветра; какие есть преимущества и недостатки в использовании этой энергии.
Изучение нового материала: Люди с давних пор используют энергию воды. Любой поток воды обладает Ек . . Если воду поднять на определенную высоту, то она обладает Еп. Этим пользовался человек для передвижения по рекам (слайд 8 ) и для работы водяных мельниц. (слайд 9-10 ). Их изобрели римляне в первом веке до нашей эры.
Энергию воды используют и в работе ГЭС . Первая ГЭС была построена в США в 1881 году около Ниагарских водопадов. Вода поднимается на большую высоту и затем по водоводам падает вниз на лопасти турбины( слайд 11 ).
Основным элементом ГЭС является плотина, при помощи которой вода поднимается на большую высоту относительно уровня реки. Нурекская ГЭС - плотина 300 м. Красноярская ГЭС -124 м.
СШ ГЭС ( слайд 12-14 )
1.СШ ГЭС входит в десятку крупнейших ГЭС в мире.
2. СШ ГЭС самая крупная ГЭС в России и на территории СНГ.
3. Плотина СШ ГЭС- уникальное архитектурное сооружение.
4. Высота плотины СШ ГЭС почти в 2 раза превышает высоту Эйфелевой башни в Париже.
5. СШ ГЭС ежегодно вырабатывает около 23 млрд. кВт и 3% всей электроэнергии России.
6. Бетонная арочно- гравитационная плотина СШ ГЭС занесена в книгу рекордов Гиннеса — она признана самым прочным сооружением данного типа.
Максимальная строительная высота 245 м.
Длина по гребню 1074,4 м.
Ширина в основании 105,7 м.
Ширина по гребню 25 м.
Радиус закругления 600 м.
Знаменитая пирамида Хеопса высотой 146,6 м., « Не дотягивает» до гребня плотины целых 100 метров ( слайд 15 ).
Подсчитано, что заключенного в СШ ГЭС количество бетона хватило бы на сооружение двухсторонней автострады от Санкт- Петербурга до Владивостока.
Емкость водохранилища — 31,3 км3
Распространяется — 320 км.
Средняя глубина водохранилища — 5о м.
Мощность ГЭС, млн кВт — 6,4
Выработка электроэнергии в год, млрд кВт/ч — 23,5
Число гидроагрегатов — 10
Самый крупный в мире водопад Виктория в Южной Америке низвергается с высоты 120 метров, а на колеса турбин Енисей обрушивает свою воду с высоты более 180 метров ( слайд 16-17 ).
При падении воды с высоты 120 м. полная энергия 1 м3 составляет 1 млн. Дж. Следовательно, при падении воды Ер , уменьшается на столько, на сколько возрастает Ек. Попадая на лопасти турбины, вода отдает свою Ек , которая затем преобразуется в электроэнергию. При строительстве ГЭС есть и отрицательные стороны. Это большие площади затопления и экологические проблемы.СШ ГЭС самая большая в России и занимает 6 место в мире. А самая крупная в мире ГЭС построена в Китае ( слайд 18 ).
Китайцы всегда любили строить что-то масштабное. Взять хотя бы великую китайскую стену. И на этот раз они решили не изменять своим традициям. На реке Янцзы, в районе трех ущелий, была построена (начало строительства 1992 год, конец - 2011) одноименная ГЭС. На сегодня, это самая большая электростанция в мире.
Для введения ГЭС в работу понадобилось построить плотину длиной 2309 и высотой 185 метр в тело плотины уложили 26 млн. м3 бетона ( слайд 19 ).
Характеристики плотины: Проектная мощность — 22,4 ГВт. Планируемая среднегодовая выработка - около 100 млрд кВт•ч. Примерно столько энергии выделяется при сжигании 50 млн. тонн угля. Если плотина Гранд Инга на реке Конго будет успешно сооружена, то ГЭС может потерять свое первенство.
Результатом строительства стало затопление 27 820-ти га плодородных земель. Потребовалось переселить 1,2 млн. человек. Строительство обошлось китайцам в 24 млрд.$.
Положительный эффект от строительства. Все привыкли, что такие маштабные строительства не обходятся без вреда экологии. Но данный проэкт принес и значительную пользу. Во-первых, он обеспечил Китай большим количеством экологически чистой электроэнергии. Во-вторых, спас жителей низовий реки от паводков. Для справки, только за ХХ-тый век от разливов реки погибло около полумиллиона человек. Плюс ко всему, поднятие уровня воды в реке позволило увеличить судоходность реки, а это, в свою очередь, привело к увеличению грузооборота примерно в 10 раз. Это более чем 100 млн. тонн различных грузов в год.
Также Китайцы планируют использовать плотину для переброса 5 процентов годового стока Янцзы в реку Хуанхэ. Это позволит вдвое увеличить полноводность Хуанхэ и значительно увеличить площадь орошаемых земель на севере Китая ( слайд 20 ).
Идею строительства дамбы на реке Янцзы обсуждали еще в 1919 году, сторонником строительства был Сунь Ятсен. Но масштабность проекта в то время не позволяла осуществить строительство. В 1956 году Мао Цзедун написал поэму под названием “Плавание”, где рассказывал о своих мыслях о плотине на реке Янцзы. Поэма родилась после ужасного наводнения на реке в 1954 году. Вот несколько строк из стихотворения:
“Стены камней станут на пути течения
Сдержат грозные облака и дождь
Пока гладкое озеро не накроет узкие ущелья”
Кроме ГЭС есть станции, которые работают, за счет морских приливов. Самая мощная в нашей стране станция на берегу Белого моря, это Мезенская ПЭС. Высота плотины 6 м ( слайд 21 ).
Огромное количество энергии содержится в океанских приливах, общий потенциал которой оценивается в 1 млрд.кВт. На Земле имеется около 25 мест, где уровень подъема воды очень высок. На берегах Канады в заливе Фанди уровень воды поднимается до 20 м, в побережье Белого моря в Мезенской губе — до 9 м. Казалось бы, удобный источник почти даровой энергии. Не совсем так. Трудностей довольно много. Связаны они с периодичностью приливов, с распределением энергии на большом протяжении вдоль берегов, с коррозионной активностью морской воды, удаленностью от потребителя. Тем не менее, приливные электростанции созданы и довольно успешно работают: во Франции, в России, в КНДР.
ПЭС не загрязняют окружающую среду, потребляют практически неисчерпаемую энергию океана. Однако и они имеют экологические минусы, так как при сооружении протяженных плотин нарушается водный режим прибрежных вод, а по недавно опубликованным выводам американских специалистов, значительное использование приливной энергии приведет к заметному замедлению вращения Земли. Весьма неожиданный и настораживающий вывод.
Кроме энергии воды используют энергию ветра.
Человечество в течение тысячелетий почти до 20 века довольно интенсивно пользовалось энергией ветра. А для каких целей? Здесь мы вспомним историю и литературу.
Если вы вспомните знаменитого героя романа испанского писателя Сервантеса, то скажите, где ещё используется энергия ветра.
1.Для мореплавания ( слайд 22-25 ) ,
2. Ветряные мельницы для помола зерна ( слайд 26-27). Они были изобретены в Персии в 7 веке нашей эры.
Но еще в Древнем Египте за 3.5 тыс. лет д.н.э. применяли ветровые двигателя для подъема воды и помола зерна.
В 20 веке использование ветра практически прекратилось в связи с появлением тепловых двигателей и электромоторов. Однако интерес к ветроэнергетике в последние годы возродилось и вероятнее всего, будет расти.
Началом развития ветроэнергетики можно считать 1850 год, когда датчанин Ла Кур построил первый ветрогенератор. Сегодня в Дании действует более 2000 ветроэнергоустановок, и она является основным экспортером этого вида генераторов ( слайд 28 ).
Активно развивается ветроэнергетика в Швеции, отказавшейся от ядерной энергетики. В США планируется в ближайшие 10-15 лет довести производство ветро - энергии до уровня ядерной энергетики ( слайд 29-31 ).
В СССР в 1931 году в Балаклаве ( Севастополь ) была построена самая крупная по тем временам ВЭС мощностью 100 кВт. С диаметром крыльчатки зо м. На Земле имеются обширные районы, где постоянно дуют устойчивые ветры, например, экваториальная зона пассатов. Почти 40 % территории России удобно для установки ветровых преобразователей, общая мощность которых может достичь 100 млрд. кВт. В Калмыкии В 2009 году установили первые 17 установок.
Эффективность использования энергии ветра в значительной степени зависит от конструкции ветрогенератора, а именно - крыльчатки.
Наиболее распространенны 2- лопастные и 3-лопостные ветрогенераторы, диаметр лопастей некоторых из них достигает 60 метров ( слайд 32-33).
Ветряки широко распространенны в Голандии и США. В штате Калифорния их 15 тысяч, в Дании примерно 3 тысячи. Мощность ветровых установок от 2 до 270 кВт. Однако крупные ветроустановки строить нельзя. В штате Огайо была сооружена ветреная установка мощностью в 10 МВТ.
Это « циклопическое»сооружение имело высоту свыше 100м. и проработало всего несколько суток, так как жизнь в радиусе несколько их километров стала невозможной. Кроме обычного шума, на нервную систему людей опасное действие оказалось инфразвуковое излучение. Установка была сломана и продана, как металлолом за 10 долларов за тонну.
КПД ветрогенератора равен примерно 60 %, с учетом различных потерь и неравномерности воздушных потоков его величина колеблется в пределах 15-20%
В настоящее время нет существенных технических препятствий, ограничивающих широкое применение ветроэнергетики и ближайшем будущем она будет использоваться с вкладом до 10-15% в общее энергопроизводство.
Недостаток ветряных двигателей - их непостоянная мощность.
Достоинство - Экологически, чистые машины , занимают небольшие площади.
Но с развитием технологий и ростом промышленности человек старается более полно использовать энергию воды и ветра . Для этого он строит новые электростанции , где используется энергия воды и ветра ( слайд 34-36 ). Данная установка использует энергию волн. Вода попадает в корпус и выдавливает, как поршнем , воздух , который вращает лопасти турбины. Когда вода уходит , то всё происходит в обратном порядке. Достоинства: занимает мало места и турбина не взаимодействует с морской водой.
Эта экспериментальная установка ( слайд 37 ) использует энергию воды и ветра . Она установлена на берегу моря. Ветрогенератор использует энергию ветра и полученная таким способом электроэнергия подается потребителю и насосу , который закачивает воду в специальное хранилище. При уменьшении скорости ветра автоматически открывается задвижка и вода , падая вниз , вращает лопасти турбины. Полученная таким способом электроэнергия подается потребителю. Как только скорость ветра усилится , то задвижка закроется и опять начнет работать ветрогенератор.
Ученики нашей школы изготовили рабочие модели водяной турбины и ветрогенератора ( слайд 38-39 ).
Домашнее задание: п. 14-16 .
