Бинарный урок (физика-электротехника) на тему "Энергосбережение. Пути решения проблемы"

Презентация (слайд 1)

Цели: (слайд 2)

• погружение в профессию
• использование знаний обучающихся раздела “Электродинамика” из курса физики в решении вопроса энергосбережения
• понимание и осознание современной модели энергосбережения;
• анализ содержания образования и самообразования в области энергосбережения;
• овладение новыми компетенциями в сфере энергосбережения, востребованными работодателями на рынке труда региона.

Занятие рассчитано на 2 академических часа для обучающихся по профессии “Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования”.

1 академический час

(слайд 3)

Прежде чем приступить к поиску способов разумного и эффективного потребления энергии, следует выяснить, что же такое энергия, чем она измеряется и каким законам подчиняется. Мы много раз слышали слова, связанные с понятием энергия: электроэнергия, энергосбережение, энергосистема, энергоресурсы и т. д. Окружающий мир заполнен энергией: ею обладают люди и животные, камни и растения, ископаемое топливо и реки. Невозможно представить себе любой вид деятельности, для осуществления которой не требуется энергии. Всё в мире движется: самолёты совершают перелёты с континента на континент, автомобили развивают высокие скорости, человек может бегать, прыгать, совершать работу. Почему это происходит? Что позволяет приводить предметы в движение? Позволяет это сделать энергия.

(слайд 4)

Энергия нераздельно связана с материей, веществом. В тепловой энергии проявляется быстрое, неупорядоченное движение атомов и молекул; электрический ток представляет собой движение особых частиц – электронов (или иных заряженных частиц).

(слайд 5)

Кроме того энергию можно классифицировать:

(слайд 6)

Тема энергетики и её разумного использования – одна из самых актуальных для современного мира. Несмотря на разнообразие мнений о перспективах её развития, большинство специалистов подчёркивают главное: энергетика должна стать более стабильной, а человечество должно обеспечить её безопасное использование. Ключевую роль в обеспечении устойчивого энергетического развития играет энергосбережение, потому что современная мировая экономика основана на интенсивном использовании энергетических ресурсов.

С каждым годом на бытовые нужды расходуется всё большая доля электроэнергии, газа, тепла, воды; в огромных масштабах растёт применение бытовой электрифицированной техники. Между тем, многие месторождения в обжитых местах уже исчерпаны, а новые приходится искать и обустраивать в труднодоступных районах Сибири и Дальнего Востока. Обходится всё это очень недёшево. Поэтому именно экономия становится важнейшим источником роста производства.

Современное общество зависит от электроэнергии, являющейся главным видом доступной энергии, а большая часть электроэнергии производится с использованием невозобновляемых ресурсов. Электричество используется в быту и на производстве для освещения и отопления, а также в технологических процессах. Энергетические ресурсы — это любые источники механической, химической и физической энергии. Их можно классифицировать по источникам и местоположению, скорости исчерпания, возможности самовосстановления и другим признакам.

Мировое потребление энергии неуклонно растет. За период с 1970 по 1990 гг. использование энергии в величинах нефтяного эквивалента возросло с 5 до 8,8 млрд т. По прогнозам Мировой энергетической конференции, спрос на энергию к 2020 г. может увеличиться еще на 75%. Доминирующим источником энергии по-прежнему остается ископаемое топливо.

(слайд 7)

Доступные запасы нефти и газа примерно на два порядка превышают их современное годовое извлечение, запасы угля - на три порядка. Другими словами, сравнивая цифры, относящиеся к оценке разведанных запасов наиболее доступных видов топлива с цифрами их современного потребления, можно назвать максимальное время, на которое этих запасов может хватить. Для подвижной нефти - это 65 лет, для газа - 44 года, для угля - 320 лет. Учитывая, что потребление продолжает расти, реальные значения должны быть заметно меньше.

(слайд 8)

Коммунально-бытовое хозяйство является на сегодня крупным потребителем топлива и энергии: на его долю приходится около 20% топливно-энергетических ресурсов. Потребление электроэнергии в жилом секторе достигает сейчас более 100 миллиардов кВт*ч, или 8% всей электроэнергии страны, что равно годовой производительности пяти Братских ГЭС; из них около 40% расхода электроэнергии приходится на электробытовые приборы, 30% расходуется на освещение и более 12% - на приготовление пищи.

Самыми крупными потребителями электроэнергии в коммунально-бытовом хозяйстве являются жилые дома. В них ежегодно расходуется в среднем 400 кВт*ч на человека, из которых примерно 280 кВт*ч потребляется внутри квартиры на освещение и бытовые приборы различного назначения и 120 кВт*ч – в установках инженерного оборудования и освещения общедомовых помещений. Внутриквартирное потребление электроэнергии составляет примерно 900 кВт*ч в год в расчёте на “усреднённую” городскую квартиру с газовой плитой и 2000 кВт*ч – с электрической плитой.

Итак, потребность в энергии постоянно увеличивается. Электростанции работают с полной нагрузкой, особенно напряжённо – в осенне-зимний период года в часы наибольшего потребления электроэнергии: с 8.00 до 10.00 и с 17.00 до 21.00. И в это напряжённое время где-то столь необходимые для производства киловатт-часы тратятся напрасно. В пустующих помещениях горят электрические лампы, бесцельно работают конфорки электроплит, светятся экраны телевизоров. Установлено, что 15-20% потребляемой в быту электроэнергии пропадает из-за небережливости потребителей.

Простота и доступность электроэнергии породили у многих людей представление о неисчерпаемости наших энергетических ресурсов, притупили чувство необходимости её экономии.

Жилые и общественные здания являются одним из крупных потребителей электрической и тепловой энергии, причём удельный вес электроэнергии в общем энергетическом балансе коммунально-бытового сектора неуклонно возрастает. Это связано в первую очередь с решением социальных задач обеспечения труда в домашнем хозяйстве и на предприятиях коммунального хозяйства, снижения времени на ведение домашнего хозяйства, сближения условий жизни городского и сельского населения. Функционирование указанных зданий и предприятий сегодня немыслимо без электрификации: на электроэнергии работают осветительные приборы, аппаратура приёма и воспроизведения информации, практически все приводные механизмы. Электроэнергия применяется для получения холода в домашних холодильниках и крупных холодильных установках, для приготовления пищи, а в ряде случаев – для нагрева воды и отопления помещений. С помощью электроприборов создаются установки искусственного климата, обеспечивается гибкое регулирование теплового и воздушного режимов. Электроэнергия позволяет обеспечить теплоту воздуха в домах и населённых пунктах.

Вопрос к учащимся: “Так на чем же мы можем сэкономить?”

Беседа с учащимися.

- Что можно сделать для сохранения природных запасов Земли?

- Что конкретно в вашем доме может решить вопрос энергосбережения?

- Какое решение проблемы вы можете предложить в масштабах квартиры, дома, поселка, страны?

2 академический час

(слайд 9)

Наглядно энергопотребление можно проследить, если сравнить лампы освещения, которые мы используем.

Давайте поговорим о лампах, которые мы используем для освещения в своих квартирах.

Какие лампы вы используете дома? (накаливания, люминисцентные, светодиодные)

Вспомните принцип действия всех названных ламп, вы знакомились с этим материалом в разделе “Электродинамика” за 10 класс.

Историческая справка (сообщение учащегося)

Первым предком лампы дневного света были газоразрядные лампы. Впервые свечение газов под воздействием электрического тока наблюдал Михаил Ломоносов, пропуская ток через заполненный водородом стеклянный шар.

В 1856 году изобретена первая газоразрядная лампа. Генрих Гайсслер получил синее свечение от заполненной газом трубки, которая была возбуждена при помощи соленоида.

23 июня 1891 года Никола Тесла запатентовал систему электрического освещения газоразрядными лампами, которая состояла из источника высокого напряжения высокой частоты и газоразрядных аргоновых ламп запатентованных им ранее. Аргоновые лампы используются и в настоящее время.

1893 год - на всемирной выставке в Чикаго Томас Эдисон показал люминесцентное свечение.

1894 год - М. Ф. Моор создал лампу, в которой использовал азот и углекислый газ, испускающий розово-белый свет. Эта лампа имела умеренный успех.

1901, Питер Купер Хьюитт демонстрировал ртутную лампу, которая испускала свет сине-зелёного цвета, и таким образом была непригодна в практических целях. Однако, её конструкция была очень близка к современной, и имела намного более высокую эффективность, чем лампы Гайсслера и Эдисона.

1926 году Эдмунд Гермер (Edmund Germer) и его сотрудники предложили увеличить операционное давление в пределах колбы и покрывать колбы флуоресцентным порошком, который преобразовывает ультрафиолетовый свет, испускаемый возбуждённой плазмой в более однородно бело-цветной свет. Э.Гермер в настоящее время признан как изобретатель лампы дневного света.

В СССР первые люминесцентные лампы были разработаны под руководством академика С. И. Вавилова В. А. Фабрикантом, Ф. А. Бутаевой и др.

Сообщения учащихся

Лампы накаливания. Принцип действия и устройство

(слайд 10)

Принцип действия ламп накаливания это преобразование электрической энергии в световую энергию. Нить разогретой лампы достигает температуры около 3000 ^оС и не плавится, т.к. температура плавления вольфрама (3200–3400) превышает температуру плавления нити накала. Баллоны ламп заполняются инертным газом, в среде которого вольфрамовая нить не окисляется.

При включении лампы накаливания, нить из вольфрамовой проволоки раскаляется проходящим через нее током, и лампа начинает светиться. Спираль укреплена на электродах, и один из них припаян к металлической гильзе цоколя, другой – к металлической контактной пластине. Их разделяет между собой изоляция. Ток, преодолевая электрическое сопротивление нити, раскаляет ее. Для того чтобы спираль быстро не перегорела, стеклянный баллон заполняется инертным газом: криптоном; азотом; аргоном; смесью азота, ксенона, аргона.

Люминесцентные лампы. Устройство и принцип действия (слайд 11)

Люминесцентные лампы (ртутные НД) представляют собой цилиндрическую стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким равномерным слоем люминофора. По обоим концам трубки впаяны ножки с электродами. В лампах дугового разряда применяются самокалящиеся катоды, покрытые слоем оксида. В лампах тлеющего разряда используются холодные катоды.

После тщательной откачки воздуха лампа наполняется небольшим количеством ртути и инертным газом до давления в несколько сот паскалей. В обычных люминесцентных лампах в качестве инертного газа используется аргон при давлении около 300 Па или смеси инертных газов.

Лампы включают в сеть при помощи специальных схем, обеспечивающих надежное зажигание разряда и нормальный режим работы. После зажигания в лампе возникает разряд низкого давления в парах ртути и в наполняющем газе. Вследствие более низких потенциалов возбуждения и ионизации ртути по сравнению с аргоном или другими инертными газами ионизуются и излучают практически только атомы ртути.

Люминесцентные лампы обладают значительно более высокой световой отдачей, чем чисто ртутный разряд. Существуют также люминесцентные лампы с разрядом только в инертных газах, без ртути. Достоинством этих ламп является независимость “режима” от окружающей температуры и отсутствие ртути.

Популярность люминесцентных ламп обусловлена их преимуществами (над лампами накаливания):

- значительно большая светоотдача (люминесцентная лампа 20 Вт даёт освещенность как лампа накаливания на 100 Вт) и более высокий КПД;

- приближенный к естественному спектр излучения лампы;

- разнообразие оттенков света;

- рассеянный свет;

- длительный срок службы (2000-20000 часов в отличие от 1000 у ламп накаливания).

Наиболее широкое применение получили ртутные люминесцентные лампы, дающие свет, близкий к белому или дневному. В настоящее время они являются источниками света массового применения.

Светодиодные лампы. Устройство и принцип работы (слайд 12)

Главным элементом каждого светодиода является искусственно созданный полупроводниковый кристалл. Данный элемент напрямую преобразовывает электрический ток в излучение. В светодиодах большая часть энергии уходит в световой поток (потерь практически нет), поскольку полупроводниковые источники света не нуждаются в нагреве, как, к примеру, лампы накаливания.

Функционирование рассматриваемых приборов основано на принципе p-n перехода. Светодиодный кристалл включает в себя полупроводники с различной проводимостью. Под воздействием электрического тока в области контакта данных элементов происходит рекомбинация носителей отрицательных и положительных зарядов (электронов и дырок), в результате чего происходит испускание фотонов, благодаря которым и создается излучение.

Из рассматриваемых точечных источников света наиболее часто собирают лампы светодиодные. Данные приборы обладают традиционными типами цоколей, что позволяет заменять ими другие типы осветительных устройств. В полупроводниковые лампы встраивается блок питания, необходимый для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток (благодаря этому обеспечивается ровность излучения).

К недостаткам энергосберегающих ламп можно отнести их относительно высокую стоимость и экологическую небезопасность при их повреждении (стеклянной колбы в которой содержится ртуть). Пары ртути очень опасны для здоровья человека. Поэтому в случае повреждения стеклянной трубки энергосберегающей лампы следует немедленно собрать все остатки лампы и хорошо проветрить помещение (слайд 13)

Между тем, электроэнергия сегодня дорожает. Поэтому старый призыв “Экономьте электроэнергию!” стал ещё более актуальным.

Посмотрим, как и за счёт чего это можно сделать. (слайды 14-17)

Анкета потребителя

(Раздаем анкеты потребителя учащимся. Они отвечают на вопросы анкеты. Преподаватель озвучивает их со слайдов)

Предлагаем Вам ответить на вопросы анкеты “Как мы экономим энергию” (слайд 18)

Сложите все ответы “Да” Если у вас получилось:

АНКЕТА (раздаточный материал)

Возможность лёгкой автоматизации процессов, работа без обслуживающего персонала, сравнительная простота электротехнологического оборудования приводят к повышению роли электроэнергии в энергообеспечении общественных зданий. Широко применяются электроплиты. Электроэнергия используется для вентиляции и кондиционирования. При этом иногда приточная вентиляция совмещается с электрическим подогревом поступающего воздуха. Требования к созданию светового комфорта вызвали увеличение норм освещённости зданий общественного назначения. Однако применение люминесцентных светильников позволило в большинстве случаев избежать увеличения расхода электроэнергии.

Так давайте посчитаем, какая из ламп наиболее экономична!

Учащимся предлагаем:

- технические характеристики ламп (слайд 19)

- способ расчета (слайд 20 )

Учащиеся считают. (5-10 мин)

- сверить свои расчеты с результатами (слайд 21)

Делаем выводы.

Итак: вернемся к ЭКОНОМИИ энергии.

Вопрос к учащимся: “Что мы с вами можем сделать, чтобы сохраняя энергию экономить семейный бюджет??

В ходе обсуждения фиксируем ответы. Затем подводим “черту” (слайд 22)

Слово экономия происходит от греческого oikonomia – управление хозяйством, бережливость при расходовании чего-либо. Сегодня человечеству экономически и экологически выгодно экономно использовать энергию в нашем общем доме – на планете Земля.

И для этого есть простое решение – энергосбережение, которое поможет сберечь энергию и сохранить природу! Энергосбережение – не только сэкономленные деньги из семейного бюджета, но и забота о тех, кому предстоит жить на Земле после нас.

РЕФЛЕКСИЯ

Вернемся к началу нашего урока!

Итак,

- был ли полезен для вас, как для будущих электромонтеров, материал сегодняшнего урока?

- что вы, как будущие электромонтеры, расскажете своим родителям из материала сегодняшнего урока?

- считаете ли вы, что наука сможет найти пути решения энергетического кризиса?

- помогли ли вам знания по физике при подготовке к этому уроку?