Використання альтернативних джерел енергії. Інтегрований урок з хімії та фізики

Л. І. Мельниченко, учитель хімії вищої категорії, учитель-методист; Т. С. Федулова, учитель фізики вищої категорії, учитель-методист НВК № 66, м. Дніпропетровськ.


Урок проходив у 9 класі, який працює за програмою «Росток», але його можна проводити й у 11 класі під час вивчення теми «Природні джерела вуглеводнів», а також у рамках інтегрованих днів для акцентування уваги на збереженні природних ресурсів.
 
Цілі:
- детальніше ознайомити учнів із принципом дії альтернативних джерел енергії, показати значення використання альтернативних джерел енергії для довкілля та збереження природи;
- проаналізувати ризики використання альтернативних джерел енергії і екологічний ефект від них у Дніпропетровській області;
- розвивати вміння одержувати інформацію, аналізувати й робити висновки, вносити пропозиції з використання альтернативних джерел енергії;
- формувати інформаційні, комунікативні комптенції та стійкий інтерес до проблеми покращення екології.
 
Тип уроку: узагальнення знань.
 
Форма: наукова конференція.
 
Земля — не вечна благодать.
Когда далёкого потомка
Ты пустишь по миру с котомкой,
Ей будет нечего подать.
В. Фёдоров
 
ХІД УРОКУ
 
Учитель хімії. Вивчаючи тему «Вуглеводні», ми розглядали використання газу, нафти, вугілля в господарстві та з’ясували, що людство використовує природні вуглеводні, в основному, як паливо. Навіть Д. І. Менделєєв говорив про нафту: «Топити можна й асигнаціями». Кажучи це, він мав на увазі, що економічно вигідніше переробляти нафту й газ, отримуючи безліч хімічних речовин. Це свідчить про його далекоглядність. Зараз настав час замислитись, а на скільки нам вистачить природних запасів корисних копалин. Крім вичерпання природних ресурсів, ми ще й шкодимо довкіллю під час спалювання вуглеводнів. Прикладом є парниковий ефект, що призводить до зміни клімату. Виділення чадного газу, сульфур(IV) оксиду й оксидів Нітрогену шкодять повітрю та створюють фотохімічний смог.
 
Дніпропетровська область запроваджує енергозберігаючі програми й бере участь у проекті
«Чиста енергія: партнерство для майбутнього Дніпропетровщини», який реалізує разом із фондом «Східна Європа».
 
Учитель фізики. Ви описали сумну картину майбутнього, та й сьогодення також. Як же вчинити? Відмовитися від досягнень цивілізації? Ні! Потрібно й довкілля зберегти, і розвивати науковий прогрес. Давайте поговоримо як це можна зробити. Ми запросили вас на маленьку конференцію, на якій розглянемо альтернативні джерела енергії.
 
Учитель хімії. Учні підготували проекти. Наприкінці уроку аналітична група зробить висновки. Діти мають картки, за якими будуть оцінювати свою роботу. Також оцінювання пропоную зробити і вам, шановне журі. (Додатки 1, 2)
 
Ведучий. Порядок денний конференції
1. Вступ до теми.
2. Доповідь групи про застосування водних джерел енергії.
3. Аналіз негативного впливу з точки зору еко логів.
4. Доповідь групи про застосування енергії Сонця.
5. Аналіз негативного впливу з точки зору екологів.
6. Доповідь групи про застосування енергії підземного тепла, гейзерів.
7. Аналіз негативного впливу з точки зору екологів.
8. Доповідь групи про застосування енергії вітру.
9. Аналіз негативного впливу з точки зору екологів.
10. Доповідь групи про застосування енергії вторинної переробки відходів і біоенергетики.
11. Аналіз негативного впливу з точки зору екологів.
12. Виступ аналітиків, рекомендації.
 
Учитель хімії. Основою розвитку сучасної цивілізації є енергетика. Від стану енергетики залежать темпи науково-технічного прогресу, інтенсифікації виробництва й життєвий рівень людей. Темпи росту виробництва енергії у світі нині перевищують темпи росту населення й становлять близько 3 % щорічно. Близько 30 % енергії, яку виробляють у світі, витрачається як тепло, тобто для побутових і промислових потреб. На жаль, у результаті спалювання великої кількості органічного палива змінюється навколишнє середовище.
 
Ведучий. Джерела енергії, які використовує людство, поділяють на дві групи: відновлювані та невідновлювані. До невідновлюваних належать вуглеводні, які ми вивчили, — нафта, газ, вугілля, торф, горючі сланці. Крім того, що ми вичерпуємо запаси Землі, спалювання вуглеводнів призводить до додаткового нагрівання навколишнього середовища. На сполох б’ють екологи.
 
Давайте послухаємо наших учнів, які вивчали проблему.
 
Науковці (перша група). Гідроелектростанції виробляють близько 20 % електроенергії у світі. Ми розкажемо про малі ГЕС на малих гірських річках, бо вони мають деякі переваги над великими. Генератор у них сконструйований разом із турбіною, вони не потребують гребель, не змінюють режиму рік. Мала ЛЕП (лінія електропередач) може зекономити сотні тисяч тонн пального, яке спалюють у дизельних установках, і забезпечити дешевою та екологічно чистою енергією значну кількість населення. Така ГЕС потужністю 100–500 кВт може забезпечити електроенергією ферму, мале підприємство, базу геологів.
 
Екологи. Але завжди слід бачити й недоліки такого використання, наприклад: не завжди достатня наповнюваність річок, віддаленість поселень, нестача фінансування.
 
Ведучий. Перейдемо до вивчення енергії морів та океанів.
 
Науковці (друга група). Світовий океан містить велетенський енергетичний потенціал. Це
енергія Сонця, поглинута водою, що виявляється в енергії морських течій, хвиль, прибою, різниці температур різних шарів води. Ще 1970 р. поблизу норвезького міста Бергена побудовано станцію, яка використовує енергію морських хвиль. Вона має потужність 350 кВт і забезпечує енергією селище на 100 будинків.
 
Усі типи морських хвильових електростанцій, які наразі будують і вже діють, працюють за
єдиним принципом: у спеціальному буї-поплавку під дією хвилі коливається рівень води. Це призводить до стискання в ньому повітря, яке рухає турбіну. Метрової висоти хвиля забезпечує від 25 до 30 кВт енергії, а в деяких частинах Світового океану, наприклад у Тихому, можна одержати до 90 кВт.
 
Іншим різновидом морських електростанцій є установки, що перетворюють енергію морського прибою.
 
Екологи. Такий вид енергетики має більше мінусів, ніж плюсів.
 
Зрозуміло, що цей проект годиться тільки для прибережних районів, та найголовніше — це досить висока вартість і тривала окупність. Фінансові затрати більші, ніж під час використання вугілля й нафти.
 
Ведучий. Ми не заперечуємо існування такого виду енергії, але для України її використання
не є реальністю. Можливо, слід запропонувати більш реальний проект. Це енергія Сонця.
 
Науковці (третя група). Сонце є найпотужнішим джерелом енергії. На кожний квадратний
метр земної атмосфери падає 1300 Вт сонячної енергії, проте до земної поверхні вона доходить не вся — частина відбивається в космос, частина розсіюється атмосферою й витрачається на утворення озонового шару. Вчені говорять, що 3,5 % сонячної енергії, яка падає на Землю, може забезпечити всі енергетичні проблеми людства на необмежений час.
 
Нині існують такі напрями використання сонячної енергії: одержання електроенергії, побутового тепла, високотемпературного тепла в промисловості, на транспорті. Найбільших успіхів досягнуто в установках так званої «малої енергетики».
 
Найбільш поширений метод — це перетворення випромінювання з допомогою напівпровідникових фотоелектричних генераторів (сонячних батарей). Зараз широко використовують сонячні батарейки, вмонтовані в калькулятори, електронні іграшки, освітлювальні прилади на вулицях.
 
Електроенергію можна отримати з допомогою генераторів, що використовують теплову дію сонячних променів (паротурбіни, термоелектричні генератори). У Криму, поблизу Керчі, є сонячна електростанція. Це станція баштового типу. У центрі кола діаметром 500 м встановлено 70-метрову башту з парогенератором на верхівці. Башту оточують 1600 геліостатів — рухомих дзеркал площею 5х5 м. Стежачи за рухом Сонця, вони спрямовують його промені на парогенератор, нагріваючи в ньому воду й перетворюючи її на пару температурою 300 °С. Пара рухає турбіну з генератором.
 
Висновок. Сонячна енергетика має велике майбутнє, у тому числі й для нашої Дніпропетровської області.
 
Екологи. Ми знайшли й негативні сторони. Це висока вартість самих станцій і вартість отриманого кіловата енергії, але ми розуміємо що з роками все це окупиться. Електростанції займають великі площі земель. Учені вважають території пустель зручним місцем для побудови електростанцій. Зараз сонячну енергію використовують навіть власники будинків. Чим більше замовників, тим дешевше коштують батареї — з таким фактом ми повинні рахуватися. Тобто сонячна енергетика — це і є наше майбутнє. Ми погоджуємося, що є ризики, але сонячну енергію Дніпропетровщина може використовувати.
 
Науковці (четверта група). Енергія підземного тепла — що ви скажете про таку пропозицію?
 
Із заглибленням під землю температура підвищується (у середньому на 30 °С на 1 км). У земній корі до глибини 7–10 км акумульоване тепло, загальна кількість якого в 5 тис. разів перевищує теплоємність усіх видів викопного палива, що є на Землі. Теоретично лише 1 % тепла, що міститься у земній корі до глибини 5 км, вистачило би для розв’язання енергетичної проблеми людства на найближчі 4 тис. років. На жаль, на практиці це джерело енергії використовують дуже мало. В Ісландії за рахунок цього тепла обігрівають оранжереї, а столицю Ісландії — Рейк’явік — уже 40 років повністю опалюють підземним теплом.
 
Екологи. Це великі фінансові витрати, перед усім, на самі розробки проектів. Крім того, потрібно мати великі території, де будуть розташовані установки з одержання тепла.
 
Ведучий. Але ми не заперечуємо, якщо хтось із власників земельної ділянки спробує використати ці поради.
 
Науковці (п’ята група). За підрахунками вчених, загальний вітроенергетичний потенціал землі в 30 разів перевищує річне споживання електроенергії в усьому світі, однак люди використовують лише мізерну частку цієї енергії. Можливість використання цього виду енергії в різних місцях землі неоднакова. Для нормальної роботи вітрових двигунів швидкість вітру не повинна в середньому за рік зменшуватися нижче 4–5 м/с, а краще, щоби
вона становила 6–8 м/с. На території України це Крим, Карпати, південні степові райони.
 
Екологи. Велика земельна територія виводиться із сільськогосподарського використання.
Під час роботи таких енергоустановок виникає низькочастотний шум (гудіння), на який скаржаться люди. Природні катаклізми (гроза, блискавка) можуть вивести з ладу агрегати, може виникнути пожежа. Головне, наша електромережа не пристосована отримувати таку електроенергію, тому її потрібно вдосконалювати, а це чималі гроші.
 
Науковці (шоста група). Існує можливість переробки органічних відходів — це біотехнологічний метод із використанням метанобактерій. Ці мікроорганізми активно розвиваються в будь-яких органічних рештках. У результаті процесу їхньої життєдіяльності утворюється біогаз — суміш метану (70 %) і чадного газу (30 %). Теплоємність біогазу досить велика: 1 м3 утворює стільки ж тепла, скільки 600–800 г антрациту.
 
Щоправда цей процес відбувається досить повільно, та й переробка не дешева, але безсумнівною перевагою є те, що понад 80 % усієї енергії, яка міститься у стічних водах, відходах, гною, вилучається у вигляді горючого газу.
 
Для України така технологія є перспективною, особливо в сільській місцевості.
 
Аналітики. Існує лише один спосіб подолання енергетичної кризи та екологічної катастрофи: перехід до масштабного використання відновлюваних джерел енергії, з яких найпотужнішим є сонячне. Без шкоди для біосфери можна використати 3 % всього потоку сонячного випромінювання, а ще в активі людства є енергія вітру й води. Отже, завдання людей — одержання енергії зі згаданих нетрадиційних джерел.
 
Поки науковці, екологи працюють над розробками, кожному з нас потрібно дбати про економію вже отриманих джерел енергії. Тому, готуючись до конференції, ми провели опитування, як кожен із нас зберігає вдома тепло. Дані ми звели в невелику пам’ятку-рекомендацію.
 
Ведучий. Шановні, наша конференція добігла кінця. Більше 90 держав світу виконують еко-
логічні програми та є членами різних організацій: МСОП — Міжнародна спілка охорони природи, ГРИНПІС — Міжнародна організація з охорони навколишнього середовища, ЮНЕП — програма ООН з проблем охорони природи та ін. Давайте й ми не будемо байдужими й робитимемо все можливе для збереження природи.
 
Учитель хімії. Дніпропетровська область впроваджує енергозберігаючі програми, бере участь у проекті «Чиста енергія: партнерство для майбутнього Дніпропетровщини», який реалізує разом із фондом «Східна Європа».
 
У Широківському районі планують побудувати дві електростанції на сонячних батареях, у Криворізькому районі — одну, у с. Радушне. Площа, яка буде задіяна, становитиме близько 100 гектарів. Кожна станція буде виробляти 50 МВт/год, що еквівалентно близько 75 т ву гілля.
 
Ми розуміємо, що шлях обрано — це збереження природи та енергозбереження, тож вам
у майбутньому доведеться виконувати ці програми. Дякуємо за роботу. Любіть і цінуйте при роду.
 
Ця проблема має й морально-етичний аспект, пов’язаний із природою самої людини. Йдеться про споживацьке ставлення до природи. Змінімо ставлення до неї — і досягнення у збереженні природи будуть помітні.
 
ПАМ’ЯТКА З ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ
1. Записувати енергоспоживання.
2. Використовувати енергозберігаючі лампи.
3. Вимикати світло, коли виходите з кімнати.
4. Увечері користуватися місцевим освітленням.
5. Електроприлади використовувати за інструкцією та правильно розташовувати їх: холодильник ставлять у прохолодній кімнаті або так, щоби на нього не потрапляли сонячні промені.
6. Замінити вікна на енергозберігаючі.
7. Вікна, які не замінені, слід заклеювати взимку.
8. Зашторювати вікна на ніч.
9. Батареї не загромаджувати сторонніми предметами й речами.
 
Бажаємо вам, щоб у ваших оселях було завжди тепло та затишно!
 

Додатки 1, 2

Картка самооцінювання

Прізвище, ім’я

Участь у створенні проекту

Сумарний бал

Рівень створення, оформлення

Творчість

Малюнки

Використання комп’ютерних технологій

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Картка оцінювання вчителями

Прізвище, ім’я

Участь у створенні проекту

Сумарний бал

Рівень створення, оформлення

Творчість

Глибина розуміння

Вміння говорити

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dounload PDF

Відгуки читачів