К вопросу о будущем...: различия между версиями
Pauc (обсуждение | вклад) |
Pauc (обсуждение | вклад) |
||
Строка 596: | Строка 596: | ||
Однажды прогуливаясь мы задумались, сможем ли саморучно собрать ветрогенератор. | Однажды прогуливаясь мы задумались, сможем ли саморучно собрать ветрогенератор. | ||
− | [[Файл: Аро.jpg|150px|thumb|left|]] [[Файл: Ыва.jpg|150px|thumb||]] | + | [[Файл: Аро.jpg|150px|thumb|left|]] [[Файл: Ыва.jpg|150px|thumb|left|]] |
[[Файл: Конр.jpg|150px|thumb|left|]] | [[Файл: Конр.jpg|150px|thumb|left|]] | ||
[[Файл: Ываау.jpg|150px|thumb|left|]] | [[Файл: Ываау.jpg|150px|thumb|left|]] |
Версия 13:33, 29 апреля 2013
Содержание
Авторы проектаЗиганшин Раис, Зверев Иван , ученики 9В класса
Руководитель проектаГромова Светлана Фёдоровна , учитель информатики
АктуальностьВыживание современного человека напрямую зависит от того, как он будет использовать имеющиеся природные ресурсы. Если человек в ближайшее время не найдет альтернативные источники энергии, а также будет небрежно использовать уже имеющиеся, то его судьба будет плачевной.
Объект исследованияПриродные источники энергии
Предмет исследованияЭнергосбережение, альтернативные источники энергии
ГипотезаНеправильное, неэкономное использование природных (энергетических) ресурсов человеком приведёт к их истощению. А истощение топлива приведёт к деградации и одичанию человека...
Основополагающий вопросЧто рождает жизнь?
Проблемные вопросы1. Почему солнце, воздух и вода – наши лучшие друзья ? 2. Как укротить стихии? 3. Как посредством меньшего получить большее?
Цели проекта1. Познакомиться с историей развития электроэнергетики. 2. Узнать о возможных альтернативных источниках электроэнергии. 3. Изучить способы энергосбережения.
Задачи проекта1. Ознакомиться с первыми изобретениями из области энергетики. 2. Доказать возможное получение электроэнергии альтернативными способами. 3. Применить на практике способы энергосбережения.
Этапы создания проекта1. Начинай взбираться вверх снизу (теоретический). 2. Дорого лишь то, что нелегко даётся (практический). 3. Белый свет не клином сошёлся (заключительный).
Использованные методыТеоретические: Практические:
Этап 1. Начинай взбираться вверх снизу
Для удовлетворения своих потребностей человек ищет новый источник энергии и им становится вода. Энергию воды в механическую энергию превращало водяное колесо, которое давало много преимуществ. Самое раннее водяное колесо в Европе происходит из Древней Греции, образцы зарегистрированы в работе Аполлония Пергского , 240 год до н.э. Водяные колеса широко использовались в период Античности и Средневековья, являясь своеобразной движущей силой развития промышленности в Европе: они помогали молоть зерно, пилить брёвна, ковать железо, дублить кожу, изготовлять бумагу. Её значение в жизни средневековых людей было очень велико.
Альтернативой водяному колесу была ветряная мельница. Первое документальное свидетельство использования ветра для приведения механизма в действие принадлежит греческому изобретателю Герону Александрийскому, 1-й век н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в XIII веке принесены в Европу крестоносцами. На протяжении всего Средневековья ветряные мельницы (наряду с водяными мельницами) были единственными машинами, которые использовало человечество. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей. Однако главной функцией ветряной мельницы была молка зерна.
Позже люди стали использовать паровые механизмы. Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано тем же Героном Александрийским. Первая паровая машина была создана лишь в середине XVII века испанским изобретателем Херонимо Аянсом де Бомонт. Огромный вклад в развитие паровых машин внес также английский кузнец Томас Ньюкомен . Неоценимый вклад внёс шотландский инженер Джеймс Уатт. Механизмы созданные этими изобретателями были очень удобны, однако их КПД был невелик. Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления. Однако с увеличением давления возникала и большая опасность взрывов в машинах и котлах, что приводило вначале к многочисленным авариям. С этой точки зрения наиболее важным элементом машины высокого давления был предохранительный клапан, который выпускал лишнее давление. Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования. Их применяли во всех отраслях производства: они широко использовались в промышленности, на транспорте и стали энергетической основой промышленной революции XIX века.
На сегодняшний день ежедневное мировое потребление энергоресурсов на нужды транспорта, электроэнергетики, сельского хозяйства, промышленности, отопления и на другие потребности человечества представляет из себя очень большие числа. С учетом прогнозируемого экономического роста и увеличения численности населения, ожидается, что к 2030 г. общий мировой спрос на энергию увеличится приблизительно на 35%, несмотря на значительное повышение эффективности использования энергии.
Этап 2. Дорого лишь то, что нелегко даётся
Один из способов обеспечить электричеством следующие поколения - найти новые источники энергии. Сегодня учёные сумели извлечь энергию почти из всего. Каждый источник энергии обладает определенными достоинствами и недостатками. Перечислим основные источники энергии:
Энергия огня
Плюсы:
Минусы:
Вода – источник жизни на земле. Это одно из самых уникальных и удивительных явлений на нашей планете, обладающее множеством уникальных свойств, использование которых может быть очень выгодно и полезно для человека. Согласно результатам исследований NASA из мирового океана можно получать 91000 ТВч энергии в год. Энергию воды грубо можно разделить на три типа по ее виду, в котором она преобразовывается:
Вообще само явление отлива очень интересно и долгое время оно никак не могло быть объяснено. Большие массивные (и разумеется близкие к Земле) космические объекты, такие как Луна или Солнце, действием своей гравитации приводят к неравномерному распределению воды в океане, создавая «горбы» из воды. Из-за вращения земли начинается движение этих «горбов» и их перемещение к берегам. Но из-за того же вращения Земли, положение океана относительно Луны изменяется, уменьшая тем самым действие гравитации. Плюсы:
Минусы:
Данный вид энергии обладает довольно высокой удельной мощностью(приблизительная мощность волнения океанов достигает 15 кВт/м). Мощность этого вида добычи энергии напрямую зависит от высоты волны. На сегодняшний день использование энергии морских волн не особо распространено из-за ряда сложностей, возникающих при создании установок (таких как сложные условия эксплуатации и непредсказуемость поведения волн). Пока эта сфера находится только на стадии экспериментальных исследований.
Плюсы:
Минусы:
А этот вид энергии стал доступным для человека благодаря совместной «работе» трех стихий: воды, воздуха и, конечно же, солнца. Солнце испаряет с поверхности озер, морей и океанов воду, образуя облака. Ветер перемещает газообразную воду к возвышенным областям, где она конденсируется и, выпадая в виде осадков, начинает стекать обратно к своим первоисточникам. На пути этих потоков ставятся гидроэлектростанции, которые перехватывают энергию падающей воды и преобразуют ее в электрическую. Мощность, вырабатываемая станцией, зависит от высоты падения воды, поэтому на ГЭС стали создаваться дамбы. Они так же позволяют регулировать величину потока. Разумеется создание такого огромного сооружения стоит очень дорого, но ГЭС полностью себя окупает благодаря неисчерпаемости используемого ресурса и свободного доступа к нему. Плюсы:
Минусы:
Планета Земля. Мать всего живого и неживого. Для выживания человеку необходима энергия. И он берет ее, разворовывая недра нашей планеты: добывает тоннами нефть, уголь, вырубая леса и т.д. Одним из возможных решений этой насущной проблемы стала геотермальная энергетика, то есть использование внутреннего тепла земли и превращение его в электроэнергию. Приблизительная температура земного ядра 5000 С, а давление там достигает 361 ГПа! Такие невероятно высокие значения достигаются вследствие радиоактивности ядра. Как будто внутри Земли работает природная атомная станция. Ядро разогревает близлежащие пласты породы, создавая тем самым горячие потоки, размером с континенты. Они медленно поднимаются из глубины земных недр, заставляя двигаться континенты, провоцируя извержения вулканов и землетрясения. Тепловая энергия земли огромна, но загвоздка в том, что современные технологии пока не позволяют использовать ее если не полностью, то хотя бы наполовину. В некотором смысле земное ядро можно считать вечным двигателем: есть сильное давление (а оно благодаря гравитации будет всегда), значит есть высокая температура и атомные реакции. Но пока не создано ни технологий, ни материалов, которые смогли бы выдержать столь жесткие условия и позволить добраться до ядра. Зато уже сегодня мы можем использовать тепло приповерхностных слоев, температура которых конечно же не сравнима с тысячами градусов, но вполне достаточна для выгодного ее использования. Плюсы:
Минусы:
Плюсы:
Плюсы:
Минусы:
Биогенераторы в ближайшем будущем уже начнут внедряться в России. Атомная энергия На протяжении долгого времени человечество находило те или иные варианты решения вопроса альтернативных источников энергии, но настоящим прорывом в истории энергетики стало появление ядерной энергии. Ядерная теория прошла долгий путь развития, прежде чем люди научились применять ее в своих целях. По самым приблизительным подсчетам энергию, которая выделяется при расщеплении 1 килограмма урана, можно сравнить с энергией, которая получается при сжигании 2 500 000 кг каменного угля. Так как же получают эту энергию? Все дело в цепной реакции деления ядер некоторых радиоактивных элементов. Обычно используется уран-235 или плутоний. Деление ядра начинается, когда в него попадает нейтрон – элементарная частица, не имеющая заряда, но обладающая сравнительно большой массой (на 0,14 % больше, чем масса протона). В результате образуются осколки деления и новые нейтроны, обладающие высокой кинетической энергией, которая в свою очередь активно преобразуется в тепло. Плюсы:
Минусы:
На атомных электростанциях России добывается 11% от всей добываемой энергии России.
Уже сейчас человек активно использует эти источники энергии. Доля АЭС в производстве электроэнергии равна 14%, доля других альтернативных источников энергии вместе взятых равна лишь 7%, однако с каждым годом этот процент растёт. С каждым годом учёные открывают новые источники энергии. Переход к их полноценному использованию - лишь вопрос времени.
Этап 3. Белый свет не клином сошёлся
Другой способ обеспечить электричеством следующие поколения - экономить имеющиеся источники энергии. К сожалению люди не берегут энергию, часто тратя большое её количество без нужды. Поэтому мы решили провести эксперимент по способам экономии энергии. Мы предлагаем следующие способы энергосбережения, которыми может воспользоваться каждый: Способы энергосбережения:
Использование энергосберегающих устройств Статистка свидетельствует, что 50% сэкономленной электроэнергии - это экономия за счет освещения. Сэкономить на освещении можно разными способами. Возьмём в пример Энергосберегающие лампы:
1.Энергосберегающие лампы требуют в пять раз меньше электроэнергии, чем лампы накаливания, уровень освещенности помещения не изменяется; 2.Служат энергосберегающие лампы в несколько раз (в 6-15) гораздо дольше, чем обычные лампы; 3.Энергосберегающие лампы можно использовать в светильниках, где есть ограничения температуры, так как эти лампы практически не нагреваются; 4.Энергосберегающие лампы характеризуются гораздо большей площадью поверхности, чем обычные лампы, а это значит, что равномерность распределения света по помещению, исходящего от энергосберегающей лампы, будет больше. А равномерное распределение света значительно уменьшает утомляемость органов зрения.
Многие используют электрообогреватели в зимнее время года, непродолжительная работа обогревателя может «съесть» всю сэкономленную электроэнергию. Но поддерживать нормальную температуру и ,как следствие, экономить электроэнергию можно более простыми способами:
Окна Более радикальным способом снижения теплопотерь является установка окон с одно- или многокамерным вакуумным стеклопакетом. Современные металлопластиковые или деревянные окна обладают хорошими звуко- и теплоизолирующими свойствами. В отличие от обычных «советских» окон, стеклопакеты пропускают тепло только в инфракрасном диапазоне, поскольку между слоями стекла нет воздуха. Теплопотери правильно установленного оконного блока ниже в 6-7 раз по сравнению с традиционным. Их дополнительная тепловая изоляция или замена на современные стеклопакеты может повысить температуру в помещении на 4-5 °С. Балкон Застекленный балкон способствует повышению температуры внутри помещения на 1-2 градуса. Пол Бетонные полы покрытые ПХВ плиткой, линолеумом или ламинатом можно покрыть ковровым покрытием. Температуру воздуха в помещении это не поднимет, но физиологический эффект "тепла" обеспечит. Двери Чтобы в квартире было по настоящему тепло, следует утеплить входную дверь или поставить двойные двери. Щели между входной дверью и косяками лучше уплотнить самоклеющими резиновыми трубчатыми уплотнителями.Особое внимание уделите уплотнению балконных дверей. Для того, чтобы выбрать профиль уплотнителя, определите размер зазора. С этой целью положите в зазор окна или двери через целлофан кусочек пластилина и измерьте толщину сжатого пластилина.Не экономьте на качестве уплотнителя.Уплотнив двери, Вы сможете повысить температуру в помещении на 1-2°С, и кроме этого обеспечите задержание пыли, выхлопных газов и снижение внешнего шума.
1. Не выбрасывайте деньги в окно. Окно, часами остающееся приоткрытым, не обеспечит Вам приток свежего воздуха, но большой счет за отопление оно обеспечит наверняка. Лучше проветривать чаще, но при этом открывать окно широко и всего на несколько минут. 2.Не преграждайте путь теплу. Не облицованные батареи отопления не всегда красивы на вид, зато это гарантия дополнительных 5-10% тепла. 3.Длинные шторы, радиаторные экраны, неудачно расставленная мебель, стойки для сушки белья перед батареями могут поглотить до 20 % тепла. 4.Не выпускайте тепло. На ночь опускайте жалюзи, закрывайте шторы, чтобы уменьшить теплопотери через окна.
Эксперимент Мы провели эксперимент с помощью которого доказали, что при использовании энергосберегающих ламп можно существенно снизить расходы бюджета семьи. Для эксперимента мы взяли собственные квартиры, площади и проекты которых одинаковы. В одной все лампочки накаливания были заменены на энергосберегающее, и жители этой квартиры старались более рационально использовать электроприборы (выключать на ночь из режима ожидания, не наливать полный чайник и т.д.). В другой ничего не меняли. И вот что из этого получилось!
Итак : Q=mg - формула для расчета энергии топлива. A=Pt - формула для расчета работы электрического тока. P - мощность сэкономленная на замене ламп. t - время использования за год. Численное значение сэкономленной работы нам известно из ранее полученных расчетов(4609843200 Вт*с). Поскольку Q=A mg=A m=A/g (где g= 44000000 Дж/кг - из таблицы) m= 4609843200 Вт*с / 44000000 Дж/кг = 104,76 кг = 105 кг Вот такую экономию газа дает только одна наша школа за год! А школ в городе 46, плюс другие объекты, включая промышленные и бытовые. Так стоит ли игра свеч? Ответ однозначен - да! Сжигание такого количества газа обеспечит обычную квартиру бесплатной электроэнергией в течение трех месяцев Что это даёт?
Однажды прогуливаясь мы задумались, сможем ли саморучно собрать ветрогенератор.
Пропеллер стал основой, а бутылки пошли на увеличение площади лопастей.
А аккумулятор будет скапливать заряд.
Количество доступной ветровой энергии зависит от двух причин: от скорости ветра и от площади лопастей турбины. Доступная энергия ветра = 1/2 * плотность воздуха * площадь лопастей * скорость ветра. Потенциальная мощность ветрогенератора с площадью лопастей 0.525 м2 и средней скоростью ветра 4м/с будет равна 30 Вт. Но невозможно преобразовать всю энергию ветра в механическую ,кроме этого существует кпд генератора. КПД «хорошей» ветроустановки составляет 35%, нашей составил около 15%. Средняя мощность получившейся ветроустановки при 4м/с – 3 Вт..
Использование энергосберегающих приборов и просто внимательное отношение к работающим электроприборам позволило существенно сократить энергопотребление и сэкономить.
Общие выводы по проектуНаша жизнь держится на трех «китах»: это энергия, материя и информация. Уберем одного из них, и жизнь станет невозможной. Что рождает жизнь? Жизнь рождает энергия, и мы это доказали. Развитие и существование жизни без энергии не возможно. Долго ли будет существовать наша цивилизация? Во многом это завит от нашего отношения к потреблению энергии.
Прикладное значение проекта1. Проект предназначен для пополнения коллекции школьных цифровых образовательных ресурсов. 2. Проект представлялся 27.04.2013 в рамках Дня открытых дверей "Современным детям - современное образование". 3. Проект представлялся 30.04.2013 в рамках научной конференции.
Использованная литература
1. http://www.russia-energy.ru - информационный портал о малой энергетике 2. http://ru.wikipedia.org - свободная универсальная интернет-энциклопедия 3. http://www.priroda.su - сайт, посвящённый экологическим проблемам нашей планеты 4. http://www.3dplanet.ru - познавательный научный портал 5. http://www.eprussia.ru - портал, посвящённый промышленности и энергетике 6. http://www.energy-source.ru - информационный портал о альтернативных источниках энергии
2. Енохович А.С. Справочник по физике и технике: Учебное пособие для 9-11 классов. - М.: Просвещение, 1976. - 288 с. 3. Сибикин Ю. Д., Сибикин М. Ю. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Энциклопедия. - М.: РадиоСофт, 2008. - 228 с. 4. Кораблев В.П. Экономия электроэнергии в быту: Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1987. - 96 с. 5. Майер В.В., Майер Р.В. Электричество: учебные экспериментальные доказательства : Учебное пособие для 7-9 классов. -М.: Физматлит, 2006. - 232 с.
|