Використання енергії рухомої води і вітру

03.04.2017

Республіка Хакасія, Аскизский район, с. Усть-Камышта

МБОУ Усть-Камыштинская ЗОШ

Вчитель фізики та математики

Чайдонов Олександр Іванович

Мета уроку: Розглянути можливості і застосування закону збереження енергії в техніці і побуті.

Хід уроку: Перевірка домашнього завдання .

Опитування учнів:

Учитель. На попередніх уроках ми почали вивчати одне з основних понять фізики — енергія. Так що таке енергія?

Учень. Фізична величина, що показує, яку роботу може зробити тіло.

Учитель. Які два види механічної енергії розрізняють?

Учень. Розрізняють кінетичну і потенціальну енергії.

Учитель. Чим обумовлена кінетична енергія?

Учень. Кінетична енергія тіла обумовлена його рухом.

Учитель. Чому дорівнює кінетична енергія тіла?

Учень. Кінетична енергія тіла дорівнює половині добутку маси тіла на квадрат його швидкості.

Учитель. Чим обумовлена потенційна енергія тіла?

Учень. Потенційна енергія обумовлена взаємодією тел.

Учитель. Зараз ми напишемо фізичний диктант. Я буду називати фізичні тіла, ви — вкажіть який енергією володіє тіло: якщо кінетичної — пишемо Єк, якщо потенційної — Єр, якщо двома видами енергії — Ек + Ер. Названі тіла ви не тільки почуєте, але і побачите на екрані. (Слайди 1 — 3)

  1. Бурулька на даху будинку.
  2. Пліт, що пливе по річці.
  3. Парашутист, який здійснює стрибок.
  4. Падаюча вода з водоспаду.
  5. Альпініст на підкореної вершини гори.
  6. Пропливає в небі хмара.

А тепер перевіряємо диктант. На екрані ви бачите правильні відповіді.

1 — Єр, 2 — Ек, 3 — Ек + Ер, 4 — Ек + Ер, 5 — Єр, 6 — Ек+ Ер ( слайд 4 презентації. )

Підніміть руки, хто правильно відповів на 4 і 6 питання? Більшість відповіли правильно. Пропливає в небі хмара і падаюча вода володіють і потенційної і кінетичної енергією. А що змушує хмару рухатися?

Учитель. З курсу географії вам вже відомо, що таке вітер.

Учень . Вітер — рух повітря відносно земної поверхні.

Учитель. За якими ознаками ви визначаєте, перебуваючи в звукоізольованому приміщенні, що на вулиці вітер? (учні наводять приклади коливних гілок, розвіваються прапори, що відхиляється диму з труби, що пролітають листя). Так як вітер здатний переносити предмети, то ми можемо стверджувати, що вітер здійснює роботу. А якщо тіло може здійснювати роботу, то воно володіє енергією. Яким видом енергії в більшій мірі володіє вітер? (Слайд 5 презентації. )

Учень. Вітер більшою мірою має кінетичної енергією.

Учитель. Потоки повітря мають кінетичної енергією, а потоки води?

Учень. Так як вода має масу і рухається з деякою швидкістю, то вона має кінетичної енергією.( слайд 6 )

Учитель. Може вода мати потенційну енергію?

Учень. Вода буде володіти потенційною енергією, якщо піднята на деяку висоту над землею.

Учитель. Сьогодні на уроці ми розглянемо енергію рухомої води і вітру.

Тема уроку — енергія рухомої води і вітру. (слайд 7 ).

Мета нашого уроку — з’ясувати де і як використовується енергія рухомої води і вітру; які є переваги і недоліки в використанні цієї енергії.

Вивчення нового матеріалу: Люди з давніх пір використовують енергію води. Будь потік води має Єк. Якщо підняти воду на певну висоту, то вона має Єп. Цим користувався людина для пересування по річках (слайд 8 ) і для роботи водяних млинів. (слайд 9-10 ). Їх винайшли римляни в першому столітті до нашої ери.

використовують Енергію води і в роботі ГЕС. Перша ГЕС була побудована у США в 1881 році близько Ніагарських водоспадів. Вода піднімається на велику висоту і потім по водоводах падає вниз на лопаті турбіни( слайд 11 ).

Основним елементом є гребля ГЕС, за допомогою якої вода піднімається на велику висоту щодо рівня річки. Нурекська ГЕС — гребля 300 м. Красноярська ГЕС -124 м.

СШ ГЕС ( слайд 12-14 )

1.СШ ГЕС входить в десятку найбільших ГЕС у світі.

2. СШ ГЕС найбільша ГЕС в Росії і на території СНД.

3. Гребля СШ ГЕС — унікальне архітектурне спорудження.

4. Висота греблі СШ ГЕС майже в 2 рази перевищує висоту Ейфелевої вежі в Парижі.

5. СШ ГЕС щорічно виробляє близько 23 млрд. кВт і 3% всієї електроенергії Росії.

6. Бетонна арочно — гравітаційна гребля СШ ГЕС занесена в книгу рекордів Гіннеса — вона визнана самим міцним спорудженням даного типу.

Максимальна будівельна висота 245 м.

Довжина по гребеню 1074,4 м.

Ширина в основі 105,7 м.

Ширина по гребеню 25 м.

Радіус закруглення 600 м.

Знаменита піраміда Хеопса висотою 146,6 м. « Не дотягує» до гребеня греблі цілих 100 метрів ( слайд 15 ).

Підраховано, що укладеного в СШ ГЕС кількість бетону вистачило б на спорудження двосторонньої автостради від Санкт — Петербурга до Владивостока.

Ємність водосховища — 31,3 км 3

Поширюється — 320 км.

Середня глибина водосховища — 5о м.

Потужність ГЕС, млн кВт — 6,4

Вироблення електроенергії в рік, млрд кВт/ч — 23,5

Кількість гідроагрегатів — 10

Найбільший у світі водоспад Вікторія в Південній Америці падає з висоти 120 метрів, а на колеса турбін Єнісей обрушує свою воду з висоти понад 180 метрів ( слайд 16-17 ).

При падінні води з висоти 120 м. повна енергія 1 м 3 становить 1 млн. Дж. Отже, при падінні води Єр. зменшується на стільки, на скільки зростає Єк. Потрапляючи на лопаті турбіни, вода віддає свою Єк. яка потім перетворюється в електроенергію. При будівництві ГЕС є і негативні сторони. Це великі площі затоплення і екологічні проблеми . СШ ГЕС найбільша в Росії і займає 6 місце у світі. А найбільша в світі ГЕС побудована в Китаї ( слайд 18 ).

Китайці завжди любили будувати щось масштабне. Взяти хоча б велику китайську стіну. І на цей раз вони вирішили не зраджувати своїм традиціям. На річці Янцзи. в районі трьох ущелин, була побудована (початок будівництва-1992 рік, кінець — 2011) однойменна ГЕС. На сьогодні, це найбільша електростанція в світі.

Для введення ГЕС в роботу знадобилося побудувати греблю завдовжки 2309 і висотою 185 метр в тіло греблі поклали 26 млн. м 3 бетону ( слайд 19 ).

Характеристики греблі: Проектна потужність — 22,4 ГВт. Планована середньорічна вироблення — близько 100 млрд кВт•ч. Приблизно стільки енергії виділяється при спалюванні 50 млн. тонн вугілля. Якщо гребля Гранд Інга на річці Конго буде успішно споруджена, то ГЕС може втратити свою першість.

Результатом будівництва стало затоплення 27 820-ти га родючих земель. Треба було переселити 1,2 млн. чоловік. Будівництво обійшлося китайцям в 24 млрд.$.

Позитивний ефект від будівництва. Всі звикли, що такі маштабні будівництва не обходяться без шкоди екології. Але даний проект і приніс значну користь. По-перше, він забезпечив Китай великою кількістю екологічно чистої електроенергії. По-друге, врятував жителів низовий річки від паводків. Для довідки, тільки за ХХ-тий вік від розливів річки загинуло близько півмільйона людей. Плюс до всього, підняття рівня води в річці дозволило збільшити судоходность річки, а це, в свою чергу, призвело до збільшення вантажообігу приблизно в 10 разів. Це більш ніж 100 млн. тонн різних вантажів в рік.

Також Китайці планують використовувати греблю для перекидання 5 відсотків річного стоку Янцзи в річку Хуанхе. Це дозволить вдвічі збільшити повноводність Хуанхе і значно збільшити площу зрошуваних земель на півночі Китаю ( слайд 20 ).

Ідею будівництва дамби на річці Янцзи обговорювали ще в 1919 році, прихильником будівництва був Сунь Ятсен. Але масштабність проекту в той час не дозволяла здійснити будівництво. У 1956 році Мао Цзедун написав поему під назвою «Плавання», де розповідав про своїх думках про греблі на річці Янцзи. Поема народилася після жахливої повені на річці в 1954 році. Ось кілька рядків з вірша:

«Стіни каменів стануть на шляху течії

Дотримають грізні хмари і дощ

Поки гладке озеро не накриє вузькі ущелини»

Крім ГЕС є станції, які працюють, за рахунок морських припливів. Найпотужніша в нашій країні станція на березі Білого моря, це Мезенская ПЕМ. Висота греблі 6 м ( слайд 21 ).

Величезна кількість енергії міститься в океанські припливи, загальний потенціал якої оцінюється в 1 млрд. кВт. На Землі є близько 25 місць, де рівень підйому води дуже високий. На берегах Канади в затоці Фанді рівень води піднімається до 20 м, на узбережжі Білого моря в Мезенської губі — до 9 м. Здавалося б, зручний джерело майже дармової енергії. Не зовсім так. Труднощів досить багато. Пов’язані вони з періодичністю припливів, з розподілом енергії на великому протязі уздовж берегів, з корозійною активністю морської води, віддаленістю від споживача. Тим не менш, припливні електростанції створені і досить успішно працюють: у Франції, в Росії, в КНДР.

ПЕС не забруднюють навколишнє середовище, споживають практично невичерпну енергію океану. Однак і вони мають екологічні мінуси, так як при спорудженні протяжних гребель порушується водний режим прибережних вод, а за нещодавно опублікованими висновками американських фахівців, значне використання приливної енергії призведе до помітного уповільнення обертання Землі. Досить несподіваний і насторожуючий висновок.

Крім енергії води використовують енергію вітру.

Людство протягом тисячоліть майже до 20 століття досить інтенсивно користувалося енергією вітру. А для яких цілей? Тут ми згадаємо історію і літературу.

Якщо ви згадайте знаменитого героя роману іспанського письменника Сервантеса, то скажіть, де ще використовується енергія вітру.

1.Для мореплавання ( слайд 22-25 ) ,

2. Вітряні млини для помелу зерна ( слайд 26-27). Вони були винайдені в Персії в 7 столітті нашої ери.

Але ще в Давньому Єгипті за 3,5 тис. років д. н.е. застосовували вітрові двигуна для підйому води і помелу зерна.

В 20 столітті використання вітру практично припинилося у зв’язку з появою теплових двигунів і електромоторів. Однак інтерес до вітроенергетики в останні роки відродилося і найімовірніше, буде зростати.

Початком розвитку вітроенергетики можна вважати 1850 рік, коли датчанин Ла Кур побудував перший вітрогенератор. Сьогодні у Данії діє понад 2000 вітроенергоустановок, і вона є основним експортером цього виду генераторів ( слайд 28 ).

Активно розвивається вітроенергетика в Швеції, яка відмовилася від ядерної енергетики. У США планується в найближчі 10-15 років довести виробництво вітро — енергії до рівня ядерної енергетики ( слайд 29-31 ).

В СРСР у 1931 році в Балаклаві ( Севастополь ) була побудована найбільша по тим часам ВЕС потужністю 100 кВт. З діаметром крильчатки зо м. На Землі є великі райони, де постійно дмуть стійкі вітри, наприклад, екваторіальна зона пасатів. Майже 40 % території Росії зручно для встановлення вітрових перетворювачів, загальна потужність яких може досягти 100 млрд. кВт. У Калмикії В 2009 році встановили перші 17 установок.

Ефективність використання енергії вітру в значній мірі залежить від конструкції вітрогенератора, а саме — крильчатки.

Найбільш розповсюджені 2 — лопатеві і 3-лопостные вітрогенератори, діаметр лопатей деяких з них досягає 60 метрів ( слайд 32-33).

Вітряки широко розповсюджені в Голландії та США. У штаті Каліфорнія їх 15 тисяч, в Данії приблизно 3 тисячі. Потужність вітрових установок від 2 до 270 кВт. Однак великі вітроустановки будувати не можна. У штаті Огайо була споруджена вітряна установка потужністю 10 МВТ.

Це « циклопічні»споруда мала висоту понад 100м. і пропрацював всього кілька діб, так як життя в радіусі кілька кілометрів стала неможливою. Крім звичайного шуму, на нервову систему людей небезпечне діяння виявилося инфразвуковое випромінювання. Установка була зламана і продана, як металобрухт за 10 доларів за тонну.

ККД вітрогенератора дорівнює приблизно 60 %, з урахуванням різних втрат і нерівномірності повітряних потоків його величина коливається в межах 15-20%

В даний час немає істотних технічних перешкод, що обмежують широке застосування вітроенергетики і найближчому майбутньому вона буде використовуватися з внеском до 10-15% в загальне джерела енергії.

Недолік вітряних двигунів — їх непостійна потужність.

Гідність — Екологічно чисті машини. займають невеликі площі.

Але з розвитком технологій і зростанням промисловості людина прагне більш повно використовувати енергію води і вітру. Для цього він будує нові електростанції. де використовується енергія води і вітру ( слайд 34-36 ). Дана установка використовує енергію хвиль. Вода потрапляє в корпус і видавлює, як поршнем. повітря. який обертає лопаті турбіни. Коли вода йде. то все відбувається в зворотному порядку. Переваги: займає мало місця і турбіна не взаємодіє з морською водою.

Ця експериментальна установка ( слайд 37 ) використовують енергію води і вітру. Вона встановлена на березі моря. Вітрогенератор використовує енергію вітру і отримана таким способом електроенергія подається споживачеві і насоса. який накачує воду в спеціальне сховище. При зменшенні швидкості вітру автоматично відкривається засувка і вода. падаючи вниз. обертає лопаті турбіни. Отримана таким способом електроенергія подається споживачеві. Як тільки швидкість вітру посилиться. то засувка закривається, і знову почне працювати вітрогенератор.

Учні нашої школи виготовили робочі моделі водяної турбіни і вітрогенератора ( слайд 38-39 ).

Домашнє завдання: п. 14-16 .

Короткий опис статті: використання енергії вітру Регіон: Республіка Хакасія, Аскизский район, с. Усть-КамыштаКласс: 8Цели: Розглянути можливості і застосування закону збереження енергії в техніці і бытуРеспублика Хакасія, Аскизский рай &ndash, слайд, енергії, вітру, енергія, енергію, енергією, володіє, будівництва, висоту, кінетичної, греблі, сама, турбіни, близько, може, метрів, більш, вітер, буде

Джерело: Використання енергії рухомої води і вітру

Також ви можете прочитати