16 марта 2013 год.

ОКРУЖНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ УЧАЩИХСЯ

СЕКЦИЯ «Физика»

«Альтернативные источники энергии».

                                                               Автор: Ахтареева Лилия Борисовна

                                                       учащаяся 9 класса ГБОУ СОШ

                                          села Малая Малышевка

                                           муниципального района

                                                         Кинельский Самарской области

Научный руководитель: Лукьянова Ольга Владимировна

                                                                 учитель физики II категории

Содержание

Введение.…………………………………………………………………………..……3

Глава I. Физические основы……………………………………...………………...5-12

а)Электрический ток и его действия………………………………………………….5

б)Основные характеристики электрического тока…………………………………   6

в)Основные способы получения электрической энергии……………………………7

г)Альтернативные источники энергии. Биотопливо……………………………......12

Глава II. Экспериментальная работа……………………………………………..13-23

а)Результаты социологического опроса по проблеме получения и экономии энергии…………………………………………………………………………………13

б)Исследование источников энергии, выделение из них наиболее альтернатив-

ных………………………………………………………………………………..........16

в) Демонстрация «электричества в картофеле»…………………………………….22

г) Итоги проведённых экспериментов………………………………………………23

 Заключение……………………………………………………………………………25

 Литература…………………………………………………………………………….26

 Приложения………………………………………………………………………. .....27

Введение.

Проблема: Совершенно очевидно, что для устойчивого развития необходимо эффективное использование имеющихся источников энергии. Но не будем говорить о таких признанных “вредных” способах получения энергии, как тепловые и атомные станции. Гидроэлектростанции оказывают большое влияние на окружающую среду. Для получения энергии этим способом приходится затоплять огромные площади земли, которую можно было бы использовать под пашню, лес, строительство или оставить нетронутой, как особо охраняемую природную территорию. Кроме того, существует проблема миграций рыб и других водных организмов по рекам, перегороженным гидроэлектростанциями. Ветровые станции издают сильный шум, а он, как известно, отрицательно сказывается на здоровье организмов. Кроме того, под лопастями ветровых турбин электростанций гибнет множество птиц. На солнечные батареи расходуется огромное количество дорогих материалов, а срок службы их невелик – около 20 лет. Геотермальные станции, на которых используется тепло земных недр, тоже не являются решением проблемы. При производстве энергии таким способом выделяется большое количество серосодержащих отходов, а горячий рассол, спускаемый в реки способен вызвать экологическую катастрофу.  Абсолютно безопасных источников получения  энергии на данный момент не существует. Любое использование энергии в той или иной степени влияет на окружающую среду. Это очень пагубно отражается на здоровье людей, особенно детей и стариков. Так возможно ли найти альтернативный и экологически чистый способ получения энергии и будет ли он иметь производственное значение в будущем?

Методы исследования:

1. Определение экологически чистого способа получения энергии при

помощи анализа литературных источников и Интернет - ресурсов;

1. Проведение социологического опроса по проблеме получения и экономии энергии среди жителей села Малая Малышевка муниципального района Кинельский  Самарской области;

2.  Исследования, наблюдения, статистическая и теоретическая обработка полученных экспериментальных данных.

Предмет исследования: альтернативные  источники энергии, биотопливо.

Цель исследования: определить экологически чистый способ получения электрической энергии из доступных и дешевых средств.

Задачи:

1)    Познакомиться с научно-популярной литературой по данной теме;

2)     Выполнить эксперименты по обнаружению альтернативных источников энергии, битоплива;

3)    Экспериментально определить значение напряжения и возможной силы тока в объектах исследования;

4)    Выяснить актуальность данных исследований.

Гипотеза: «Можно найти дешевый и экологически чистый способ получения электрической энергии».

Глава I.

Физические основы.

Электрический ток и его действия.

Электрический ток является результатом направленного движения свободных зарядов (электронов или ионов) в проводнике. В результате хаотичного (теплового) движения этих заряженных частиц направленного переноса заряда не происходит, а значит, электрический ток не возникает. Чтобы каждый раз не упоминать, какие частицы – ионы или электроны, переносят заряд в электрическом токе, за направление электрического тока условно принимается то направление, в котором бы двигались под действием данного электрического поля положительно заряженные частицы.

Прохождение электрического тока сопровождается многочисленными явлениями или действиями, по которым можно судить о его существовании. По характеру воздействия эти явления можно разделить на тепловые, магнитные и химические:

1.  Тепловое действие: электрический ток нагревает проводник, по которому он протекает. При этом некоторые проводники, например, вольфрамовая спираль осветительной лампы нагревается так сильно (до 2500^оС), что начинает даже светиться. Другие проводники, например, медные провода, по которым ток течёт к лампе, практически не нагреваются. Тепловое действие тока не зависит от направления тока, а определяется его величиной и свойствами проводника. 

2. Магнитное действие электрического тока: Электрический ток действует на намагниченные тела, например, поворачивает магнитную стрелку, первоначально ориентированную вдоль проводника с током, перпендикулярно направлению тока. Следует отметить, что магнитное действие тока зависит от величины тока и его направления и не зависит от вещества, из которого сделан проводник. Поэтому считают, что магнитное действие электрического тока – это его наиболее характерная черта, которая проявляется во всех проводниках.   

3.  Химическое действие электрического тока (электролиз). Электрический ток, проходя через растворы или расплавы электролитов, может разлагать их на составные части в результате процесса, называемого электролизом. Например, при пропускании тока через воду она разлагается на водород и кислород, и пузырьки этих газов образуются на электродах, между которыми пропускают электрический ток. В металлических проводниках электрический ток не вызывает никаких химических изменений.

Основные характеристики электрического тока.

1. Сила тока I – численно равна количеству электричества (заряду) q, протекающего по проводнику за время t: I=q/t

В зависимости от величины и направления токи бывают: постоянные, переменные, пульсирующие и другие. Будем рассматривать только постоянные токи I = const.

Ток измеряется прибором – амперметром, который включается в цепь последовательно проводнику.

 2. Напряжение U – равно разности потенциалов на участке цепи. Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую  U=A/q

Напряжение измеряется прибором – вольтметром, который включается параллельно проводнику (сопротивлению);

 3. Сопротивление R проводника. Сопротивление зависит:

1) От длины проводника L, его сечения S и материала (характеризуется удельным сопротивлением проводника p): R=p*L/S 

2)От температуры t°С (или Т):      R = R₀ (1 + αt),

где    R₀ – сопротивление проводника при 0°С,

α – температурный коэффициент сопротивления.

3)Проводники могут соединяться последовательно и параллельно.

Основные способы получения электрической энергии.

Традиционные способы получения электрической энергии.

К традиционным источникам в пер­вую очередь относятся: тепловая, атомная и энергия потока воды.

Российская энергетика сегодня - это 600 тепловых, 100 гидравлических, 9 атомных электростанций. Есть, конечно, несколько электростанций использующих в качестве первичного источника солнечную, ветровую, гидротермальную, приливную энергию, но доля производимой ими энергии очень мала по сравнению с тепловыми, атомными  и гидравлическими станциями.

 Тепловые электростанции.

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатываю­щая электрическую энергию в результате пре­образования тепловой энергии, выделяю­щейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в кон. 19 в и получи   ли преимущественное распространение.  В сер. 70-х гг. 20 в. ТЭС — основной вид элек­трической станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в России и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973).

Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях.  Большинство городов России снабжаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность  теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно снижается, вследствие уменьшения температуры теплоносителя. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов) установка электрического бойлера в отдельно стоящем доме   становится экономически выгодна.

На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия топлива сначала в механическую, а затем в электрическую.

Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические стан­ции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектро­централи (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электро­станций (ГРЭС).

 Гидроэлектростанции.

Гидроэлектрическая станция, гидроэлектростанция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечи­вающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического оборудования,   преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения  которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

 Атомные электростанции.

Атомная электростанция (АЭС) - электростанция, в которой атомная (ядер­ная) энергия преобразуется в элект­рическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделя­ется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отли­чие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горю­чем (в основе ²³³U, ²³⁵U, ²³⁹Pu). Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.)  существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворе­ния быстро растущих потребностей в топ­ливе. Кроме того, необходимо учиты­вать всё увеличивающийся объём потреб­ления угля и нефти для технологических целей мировой химической промышленности, которая становится серьёзным конкурентом тепло­вых электростанций. Несмотря на откры­тие новых месторождений органического топ­лива и совершенствование способов его добычи, в мире наблюдается тенденция к относительному, увеличению его стоимости. Это создаёт наиболее тяжёлые условия для стран, имеющих ограниченные запасы топлива органического происхождения. Очевидна необходимость быстрейшего развития атомной энергетики, которая уже занимает заметное место в энергетическом балансе ряда промышленных стран мира.

Нетрадиционные источники энергии.

 Ветровая энергия.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры – от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры,  дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории – от наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого океана, где она особенно необходима мужественным людям, обживающим эти богатейшие края. Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

 Геотермальная энергия.

Энергетика земли – геотермальная энергетика базируется на использова­нии природной теплоты Земли. Верхняя часть земной ко­ры имеет термический градиент, равный 20–30 °С в рас­чете на 1 км глубины, и, ко­личество теплоты, содержащейся в земной коре до глу­бины 10 км (без учета температуры поверхности), равно приблизительно 12,6^.10²⁶ Дж. Эти ресурсы эквивалент­ны теплосодержанию 4,6·10¹⁶ т угля (принимая среднюю теплоту сгорания угля равной 27,6^.10⁹ Дж/т), что бо­лее чем в 70 тыс. раз превышает теплосодержание всех технически и экономически извлекаемых мировых ресур­сов угля. Однако геотермальная теплота в верхней части земной слишком рассеяна, что­бы на ее базе решать мировые энергетические проблемы. Ресурсы, пригодные для промышленного использования, представляют собой отдельные месторождения геотермальной энергии, сконцентрированной на доступной для разработки глубине, имеющие определенные объемы и температуру, достаточные для использования их в целях производства электрической энергии или теплоты.

3.Энергия солнца.

Почти все источники энергии, о которых мы до сих пор говорили, так или иначе используют энергию Солнца: уголь, нефть, природный газ суть не что иное, как «законсервированная» солнечная энергия. Она заключена в этом топливе с незапамятных времен; под действием солнечного тепла и света на Земле росли растения, накапливали в себе энергию, а потом в результате длительных процессов превратились в употребляемое сегодня топливо. Солнце каждый год даст человечеству миллиарды тонн зерна и древесины. Энергия рек и горных водопадов также происходит от Солнца, которое поддерживает кругооборот воды на Земле.

Во всех приведенных примерах солнечная энергия используется косвенно, через многие промежуточные превращения. Заманчиво было бы исключить эти превращения и найти способ непосредственно преобразовывать тепловое и световое излучение Солнца, падающее на Землю, в механическую или электрическую энергию. Всего за  три  дня Солнце посылает на Землю   столько   энергии, сколько ее содержится во всех разведанных запасах ископаемых топлив, а за 1 с – 170 млрд. Дж. Большую часть этой энергии рассеивает или   поглощает атмосфера, особенно облака, и только треть ее достигает земной поверхности. Вся энергия, испускаемая    Солнцем, больше той ее части, которую получает Земля, в 5000000000 раз. Но даже такая «ничтожная» величина в 1600 раз больше энергии, которую дают все остальные источники, вместе взятые. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

Альтернативные источники электрической энергии. Биотопливо.

Альтернативная энергия — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако, представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района. Одним из видов альтернативных источников электрической энергии является биотопливо. Биотопливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Существуют и серийно выпускаются (в том числе в России) специальные котлы, в которых происходит управляемый процесс гниения биоотходов с получением биогаза. Так, например, емкость со специальной мешалкой, высотой около 3 м, вырабатывает биогаз для работы стандартного генератора  мощностью 20 000 Вт. Установки, основанные на биогазе – самый простой и дешевый путь получения электричества из биоотходов. Однако, надо иметь в виду, что эффективность получения биогаза зависит от вида биотоплива. Хорошо отработан процесс получения биогаза из мусора, торфа. Сено и отходы от семечек оказываются менее продуктивными для производства биогаза.

 Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации.

Глава II.

Экспериментальная работа.

1. I.                  Результаты социологического опроса по проблеме получения и экономии электроэнергии.

Я провела социологический опрос людей по заранее разработанной анкете, на большинство позиций которой были даны готовые предполагаемые ответы. Опрос проводился анонимно. Было опрошено 72 человека в возрасте 10-17 лет и 16 человек в возрасте 18 и более лет, всего 88 человек  ( Приложение №1).

1. 1.     Задумывались ли Вы, что в скором будущем встанет проблема получения энергии (нефть, газ, уголь)? 

1. 2.     Стараетесь ли Вы экономить энергию?

1. 3.     Есть ли у Вас в доме энергосберегающие лампочки (например, галогеновые или лампы дневного света)?

1. 4.     На что, по вашему мнению, в быту затрачивается наибольшее количество электроэнергии?

1. 5.     Какой самый эффективный способ сбережения энергии?

1. 6.     Что Вы сами делаете для этого?

1. 7.     Считаете ли Вы, что производство любого вида электроэнергии наносит  вред окружающей среде?

На основании проведенного опроса можно сделать следующие выводы:

1. Жители села Малая Малышевка уделяют недостаточное внимание проблеме получения и экономии энергии.

2. Жители в возрасте18 и более лет чаще задумываются над этой проблемой,  но экономят энергию чаще жители в возрасте 10-17 лет.

3. Многие в квартирах используют энергосберегающие лампочки , которые помогают экономить электроэнергию.

4. Большинство считают, что производство любого вида энергии наносит вред окружающей среде и предлагают использов… Продолжение »