2020-04-12
543
Учащиеся рассаживаются по рабочим группам с указанием их названий. Объявляется план работы «Open Space».
Каждая группа объявляет свою тему, цели исследований. Таким образом учащиеся сами подводят к формированию целей урока.
Изучение нового материала.
Учитель физики:
В далекие времена человек мог рассчитывать исключительно на свою силу. С помощью огня ему удалось улучшить свою жизнь. Со временем человек научился использовать силу воды и ветра. Затем нашел полезные ископаемые, которые использовал для получения энергии.
-Что же использовал человек для обогрева своего жилища? (дерево, уголь, торф, газ, нефть…).
Учитель географии:
Без электроэнергии жизнь современного человека невозможна. Она относится к числу отраслей, от которых зависит развитие НТР, что очень важно для экономического развития страны. Электроэнергетика производит электроэнергию на электростанциях и передает ее на расстояния по линиям электропередач.
Учитель физики:
А первую батарею для выработки электрического тока изобрел итальянский физик Алессандро Вольт, сложив друг на друга пары кружков (медный, цинковый), разделенных картонными прокладками, смоченными соленой водой. Это первая батарея-прообраз аккумуляторов.
(Приложение 1).
В 1831 году ученый Майкл Фарадей обнаружил, что электрический ток порождается магнитным полем и наоборот.
(Приложение 2).
В результате появляется электрический генератор.
Открытие Фарадея было взято на вооружение учеными. Началось строительство небольших электростанций, работающих на энергии воды и паровых машинах.
Каждый из них имеет свои технико-экономические особенности и факторы размещения.
Выясним, где производят электроэнергию?
Слово группе географов, которые исследовали типы электростанций.
- Нашей группе интересно было выяснить, на чем работают электростанции, какие имеют преимущества и как размещаются на территории России.
Мы узнали, что 75% энергии производится на тепловых электростанциях, которые работаю на угле, газе, мазуте, торфе, а поэтому их можно строить в разных районах страны. ТЭС строят быстро, строительство обходится дешевле, чем строительство, например, АЭС и ГЭС.
Самая крупная ТЭС России - Сургутская.
(Приложение 3)
Крупные ТЭС называют ГРЭС (государственные районные электростанции).
(Приложение 4)
Разновидностью ТЭС являются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые кроме электроэнергии вырабатывают тепло, поэтому их строят в городах, так как горячий пар и вода передаются на расстояние не более 20-30 км.
Конденсационные (КЭС) - производят только электроэнергию (отработанный в турбинах пар конденсируется обратно в воду и снова поступает в систему).
По характеру обслуживания потребителей ТЭС подразделяются на два вида:
-районные (ГРЭС), которые ориентируются на сырьевой фактор.
-центральные - располагаются вблизи потребителя и ориентируются на потребительский фактор.
Группа физиков.
Наша группа занималась изучением технического принципа действия электростанций. На всех станциях генераторы преобразуют различные виды энергии в электрическую за счет явления электромагнитной индукции.
В чем оно заключается?
Электромагнитная индукция (от лат. слова - наведение) – явление порождения вихревого электрического поля переменным магнитным полем. Если внести в переменное магнитное поле замкнутый проводник, то в нем появится ток – индукционный.
Генератор (от лат. слова – производитель)-это устройство, преобразующее механическую энергию вращения в электрическую энергию переменного тока.
(Приложение 5)
Основным элементом генератора электрического тока является рамка, которую вращают в магнитном поле.
При этом пронизывающий рамку магнитный поток изменяется со временем, вследствие чего в рамке возникает индукционный ток. При равномерном вращении рамки в ней появляется переменный ток: сила тока изменяется по синусоидальному закону.
Щетки используются как скользящие контакты, чтобы «снимать» с вращающейся рамки ток. Из-за большого сопротивления щетки греются и вследствие трения они стираются. Поэтому в современных генераторах вращают не рамку, а постоянные магниты. В промышленных генераторах вращающаяся часть- ротор, неподвижная - статор.
(Приложение 6)
На ТЭС с помощью тепловых двигателей (газовых турбин, паровых турбин) внутреннюю энергию топлива (нефти, газа, угля) преобразуют в механическую энергию. Затем механическую энергию преобразуют в электрическую с помощью генератора. Для выработки 1кВт ч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. Каждый киловатт соответствует примерно мощности двух лошадей. Работу стольких же лошадей заменяет электростанция в 1 мил.киловат. Лошадь на полную мощность изо дня в день способна работать по 8 часов. Значит станция заменяет несколько миллионов лошадей. «Шеренга» из лошадей для станции в 1 мил.киловат поместиться вдоль железной дороги протянувшейся от Петербурга до Владивостока.
ТЭС дают около 40% всей электроэнергии и снабжают теплом и светом сотни городов.
(Приложение 7)
При сжигании ископаемых (угля, нефти…), обладающих сернистостью около 2,5%, ежегодно образуется до 40мил.тон сернистого газа и окислов азота, т.е около 70 кг. вредных веществ на каждого жителя земли в год.
Известна озабоченность ученых по поводу «парникового эффекта», возникающего из-за выброса углекислого газа при сжигании топлива, и соответствующего глобального потепления климата на нашей планете. Да и проблемы загазованности воздушного бассейна, «кислых дождей», отравление рек приблизились во многих районах к критической черте.
Группа географов:
Проследим, где сосредоточены крупнейшие в России ТЭС?
Наибольшее их средоточение приходится на Подмосковье.
Крупнейшая из ГРЭС, кроме Рефтинской, Костромская.
(работа с настенной картой).
В работе ТЭС есть и недостатки:
· Работают на невозобновимых ресурсах;
· Дают много отходов;
· Режим работы меняется медленно (для разогрева котла необходимо 2-3 суток);
· Энергия дорогая, так как для добычи и транспортировки топлива требуется много людей.
При знакомстве с ГЭС мы выяснили, что гидроэнергетика использует возобновимые источники энергии, что позволяет экономить минеральное топливо. Ее преимущества:
- высокий КПД (92-94%, а у ТЭС и АЭС- 33%);
-экономичность;
-простота управления;
-маневренность;
-длительные сроки эксплуатации;
-дешевизна;
-низкая себестоимость.
Вместе с этим есть и недостатки:
-большие сроки строительства;
-большие капиталовложения;
- создание водохранилищ ведет к затоплению территорий, которые использовались в хозяйственной деятельности человека.
Группа физиков.
На ГЭС используются для вращения роторов потенциальная энергия воды.
(Приложение 8)
Роторы приводятся во вращение гидравлическими турбинами.
ГЭС дают около 20% всей вырабатываемой энергией в стране.
Группа географов:
Крупнейшая в России - Саяно-Шушенская ГЭС - это шестая по величине ГЭС мира. Вторая в России Красноярская ГЭС - занимает седьмое место в мире. На третьем месте в России - Братская ГЭС. Все они размещены на крупнейших сибирских реках.
(работа с настенной картой).
Приложение 9,10
А знаете ли вы, что при строительстве обычных ГЭС теперь все чаще отдают приоритет станциям малой мощности и ГЭС с низким напором воды, которые, как правило, располагаются на водоочистных станциях и оросительных каналов.
Приложение 11.
Например, в Сочи, недалеко от села Красная Поляна, где как уже известно, состоятся Олимпийские игры в 2014 году, началось строительство малой ГЭС на реке Бешеная мощностью 1,5 тыс. кВт ч.
В окрестностях города намечено построить таких ГЭС несколько десятков. Каскад из них будет обслуживать не только сам город, но и всю инфраструктуру Олимпийской деревне.
Приложение 12,13
Для знакомства с электроэнергетикой Волгоградской области, где она является отраслью специализации, мы побывали с экскурсией на Волжской ГЭС и узнали, что для строительства севернее города- героя Волгограда ГЭС, 7 сентября 1950 года на левый берег Волги прибыла первая группа рабочих, и начала готовить площадку для деревянного городка. 20 ноября в палаточном городке строителей вспыхнули первые электрические лампочки. Так началась битва за покорение могучей русской реки.
Прошло десять напряженных лет, прежде чем вступила в эксплуатацию, в декабре 1960 года, последний агрегат электростанции.
Нам интересно было узнать, что основания его котлована покоится на 35 метров ниже уровня реки.
А само здание ГЭС!
Длина его свыше 700 метров, ширина- 90 метров, высота- 70 метров. По своему объему оно равно высотному зданию МГУ. Водосливная плотина имеет 26 пролетов, по 20 метров каждый. По мостовому переходу плотины проложено автомагистраль шириной 12 метров и две линии железной дороги. Два судоходных шлюза - крупнейшие в стране.
В настоящее время Волжская ГЭС имени В.И.Ленина дает 61% всей электроэнергии региона. Она вырабатывает 2 мил.541 тыс. кВт ч электроэнергии. Это самая дешевая энергия европейской части России.
Слово исследователям.
-Поскольку мы занимаемся исследовательской работой в школьном экологическом парламенте, нам интересен был и вопрос о влиянии ГЭС на экологическую обстановку в области, в нашем поселении и нам удалось выяснить:
во-первых - произошло сокращение численности осетровых пород рыб, которые не смогли вернуться после нереста, так как в это время осуществлялось перекрытие реки;
во-вторых - произошло насыщение грунтовых вод, что создает угрозу появления оползней;
в третьих – в последнее время все чаще говорят об аварийном состояние плотины, которое в худших прогнозах экологов, может привести к экологической катастрофе- затоплению территорий, в том числе Волго-Ахтубинской поймы- памятники природы Волгоградской области.
Приложение 14
Группа географов:
Продолжаем обзор электростанций. 27 июня 1954 года в городе Обнинске начала работать первая в мире атомная (АЭС) электростанция, мощностью всего лишь 5 МВт (была закрыто в 2002 году).
Приложение 15
АЭС работают на ядерном топливе (уран, плутоний). Доля АЭС в производстве электроэнергии в России составляет 14%. АЭС строят там, где нет традиционных видов топлива, гидроэнергоресурсов, нет дорог, а энергия нужна.
Группа физиков:
Подробнее о принципах работы мы будем говорить в 11 классе. На АЭС энергию, которая выделяется в атомных реакторах преобразуют с помощью тепловых двигателей в механическую энергию, после чего механическую энергию преобразуют в электрическую с помощью генераторов.
Атомная энергетика не потребляет кислорода и имеет ничтожное количество выбросов.
Группа географов:
В чем приоритет АЭС?
Для производства равного количества энергии на АЭС надо 1 кг.ядерного топлива, а ТЭС – 3000 тонн каменного угля. На 20-30 тонн ядерного топлива АЭС может работать несколько лет. Кроме этого АЭС при правильной эксплуатации и рациональном решении проблемы утилизации отработанного ядерного топлива- АЭС наносят существенно меньший вред окружающей среде, чем ТЭС и даже ГЭС.
Группа физиков.
Если АЭС заменит обычную энергетику, то возможности возникновения «парникового эффекта» с тяжелыми экологическими последствиями глобального потепления будут устранены. АЭС не создает особых транспортных проблем, поскольку требует ничтожных транспортных расходов, что освобождает общество от бремени перевозок огромных количеств органического топлива.
Группа географов.
В России действуют 10 АЭС, расположенных в десяти субъектах Федерации. Их большинство расположены в городах.
Крупнейшие АЭС - Балаковская, Курская, Ленинградская.
(работа с настенной картой).
Существенные коррективы в планы развития атомной энергетики в России, да и во всем мире, внесла чернобыльская катастрофа. По оценке специалистов, взрыв на Чернобыльской АЭС эквивалентен по силе взрыву 300 таких атомных бомб, какая была сброшена на Хиросиму. Радиоактивные осадки в результате этой аварии достигли Гренландии, Персидского залива, дошли почти до Москвы.
Поэтому существенные недостатки мы увидели в том, что:
· Риск экологических катастроф очень велик;
· Проблема переработки и хранения радиоактивных отходов.
Подведение итогов:
На каких же электростанциях производится электроэнергия?
Учащиеся делают вывод о том что, главным образом, электроэнергию производят на ТЭС, ГЭС, АЭС.
Приложение 16.
Группа физиков.
Однако ограниченность топливных ископаемых (по оценкам геологов запасов нефти на земле хватит не больше, чем на 100 лет), экологические проблемы, заставляют ученых активно искать новые источники энергии - альтернативные.
1.Солнечная энергия. Солнце в виде излучения выбрасывает 5 мил.тонн своей массы. На землю попадает лишь одна десятимиллиардная часть. В городах, где солнечное тепло сопровождает людей большую часть года, уже существуют на верхних этажах новостроек солнечные батареи. К сожалению стоимость получаемой таким образом электроэнергии остается слишком высокой, чтобы ее можно было использовать в больших масштабах.
2. Энергия термоядерного синтеза.
Одной из главных «надежд человечества» на преодоления в будущем энергетического кризиса является использование реакции термоядерного синтеза. Подробно этот вопрос будет рассматриваться в 11 классе.
Термоядерные реакции – это ядерные реакции между легкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких температурах.
Преимущество энергии термоядерного синтеза состоит в том, что запасы термоядерного топлива легкодоступны и неограниченны при определенных условиях. Однако этот способ находиться на стадии экспериментальных исследований.
3.Приливная энергетика ПЭС.
В них используется перепад уровня воды, образующихся при морских приливах и отливах. Для эффективной работы разность уровня воды при приливе и отливе должна составлять не менее 6 метров. На земле не так много мест, где выполняется это условие. Поэтому широкого применения ПЭС получить не может.
Группа географов.
В России с 1968 года действуют ПЭС в Кислой губе на побережье Баринцева моря мощностью 0,4 МВт.
Приложение 17,18
В настоящее время существуют проекты строительства Тугурской ПЭС на Охотском море и Мезенской ПЭС на Белом море. Мезенская ПЭС включена в инвестиционный проект РАО «ЕЭС». Стоимость электроэнергии на ПЭС самая низкая.
Группа физиков.
4.Ветроэнергетика ВЭС.
В Германии, Нидерландах строят ветровые электростанции, являющиеся современным вариантом ветровых мельниц. Они эффективны только в тех областях, где дуют постоянные ветра, достаточно большой силы.
Группа географов (работа с картами) В России они расположены на Нижнем Поволжье, берегу Каспийского моря, Северного Кавказа, Юго- Западной Сибири, Курильские острова, побережье Северно- Ледовитого океана. В этих районах до 320 суток в году скорость ветра достигает 5-10 м/с. Использование ветра в России отстает от мирового уровня.
Таким образом, важнейшей проблемой в настоящее время является поиск альтернативных энергоносителей. Это связано не только с наступающим дефицитом нефтяного сырья, но и глобальными проблемами. История знает не мало примеров, когда в силу острой необходимости рождались новые оригинальные подходы к решению давно существующих жизненно важных проблем. Например: использование энергии при сжигании отходов, гидротермальной электростанции (завести дискуссию).
А как же передается электроэнергия?
Передача электроэнергии связано с заметными потерями (в форме диалога по закону Джоуля-Ленца:Q=I2R t
По определению сопротивления R= 
Q=I2 
(Приложение 19)
Проанализируем данную формулу. При очень большой длине ЛЭП энергия может стать экономически невыгодной. Значительно снизить сопротивление трудно. Поэтому уменьшают многократно силу тока так, чтобы повысить напряжение во столько же раз, во сколько раз понижают силу тока. Но высокое напряжение опасно для жизни. Перед передачей потребителю напряжение в несколько этапов понижают с помощью трансформаторов.
Трансформатор – это устройство, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Изобретен в 1876 году русским электротехником П.Н. Яблочковым. Действие трансформатора основаны на явление электромагнитной индукции.
Трансформаторы бывают двух типов: понижающие и повышающие.
Продемонстрировать действующую модель трансформатора. (интерактивные приложения Физика -11 Л.Э.Гендельштейн, Ю.И.Дик).
Группа географов.
Существует ЕЭС. Энергосистема это группа различных электростанций, объединенных линиями электропередач и управляемых их одного центра. В России создано 74 крупные энергосистемы, которые объединены в единую систему. ЕЭС позволяет регулировать переброску электроэнергии из одних районов в другие.
По её сетям передаётся около 300 млрд. квт. час электроэнергии в год.
Её цели:
1. надежное обеспечение энергией;
2.покрытие «пиковых» нагрузок;
3. использовать разницу во времени на территории России (на одной территории ночь и минимум энергопотребления, а на другой вечер и пик потребления).
Производство электрической энергии можно видеть на следующей таблице и диаграмме.
Приложение 20
Группа физиков:
1. А как в нашем посёлке происходит снабжение электроэнергией? ( Мультимедийная презентация об экскурсии на местную подстанцию. Отчет научного общества учащихся «Мудрая сова»).
Группа географов:
