ТЕМА1: Виды и превращения энергии.

ДНЕВНИК ЭНЕРГЕТИКА

КУРС, 1 СЕССИЯ, ГЭШ-2017

1 день

ТЕМА1: Виды и превращения энергии.

Задание1. Нарисуйте энергию (ассоциации). Обсуждение: какую энергию нарисовали?

Виды энергии – кинетическая, электромагнитная (радуга, УФ, ИК. гамма, рентген), потенциальная (химическая, гравитационная), неизвестная энергия (физический вакуум).

Задание 2. Объект №1 – СПИЧКА. Давайте посмотрим фильм про производство спичек.

https: //www.youtube.com/watch? v=nfKtJqG9SY4

Какие виды энергии мы наблюдаем при зажигании обычной спички? Давайте напишем цепочку превращений энергии при использовании обычной спички.

Задание 3. Превращение энергии в источниках энергии. Фильм «Почемучка 49». http: //www.youtube.com/watch? v=eSkW96_YQHE

Давайте напишем цепочку превращений энергии на ТЭС, АЭС, ГЭС, Ветровой станции.

Задание 4. Сосчитайте дома лампочки и заполните таблицу, сделайте выводы. Класс энергосбережения определите по таблице или по упаковке лампочки. Если на упаковке люминесцентной лампы указано количество ртути в мг, впишите количество в первый столбик после названия.

Вид лампочки (накаливания/люминисцентная/светодиодная)	Количество штук	Потребляемая мощность (9/11/ 40//60/100 Вт/W)	Класс энергосбережения (если осталась упаковка)

Рисунок 1-3 – Энергопотребление ламп
2 день

ТЕМА 2: Электрическая лампочка и энергосбережение

Задание 1. ОБЪЕКТ №2 – ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛАМПОЧКА. Прослушайте информацию: Потребление электроэнергии лампочкой играет немаловажную роль в энергосбережении, и в ваших затратах на оплату электроэнергии. Промышленность выпускает энергосберегающие лампы двух типов:

Люминесцентные – содержат небольшое количество ртути, поэтому при повреждении становятся опасными для здоровья людей, следовательно, требуют осторожного обращения и утилизации в специально отведенных местах. Стоят такие лампы от 30 рублей отечественного производства, до 150 – импортные, но у них большой срок службы.

Светодиодные – безопасные, не требуют специальной утилизации, потребляют от 3 до 7 Вт. Стоят дороже от 160 до 350 рублей. Срок работы гарантированный производителем у них самый большой, значит быстрая окупаемость за счет срока службы и энергосбережения.

Изучим это вопрос.

Задание 2. Посмотрим фильм: Как устроена электрическая лампочка? http: //yandex.ru/video/#! /video/search? filmId=rDZrAk898gE& text=%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F%20%D0%BB%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%BE%D1%87%D0%BA%D0%B0& _=1424788669369 (Почемучка, серия 23)

1. Почему от лампы накаливания излучается свет?

2. Почему для нити накаливания используют вольфрам?

3. Из чего изготавливались первые нити накаливания и зачем из колбы откачивали воздух?

4. Зачем лампу накаливания заполняют аргоном и азотом?

5. Какое вещество светится в энергосберегающей лампочке, в чем его опасность?

6. Зачем корпус энергосберегающей лампы покрывается люминофором?

Задание 3. Расчет потребляемой энергии и возможной экономии в вашей квартире, как в приведенном примере.

Вид лампочки (накаливания/люминисцентная/светодиодная)	Количество штук	Потребляемая мощность (9/11/ 40//60/100 Вт/W)	Количество часов работы	Потребление энергии за месяц



			ИТОГО:

В первый день мы выяснили, что в основном электрическую энергию мы получаем от теплоэлектростанций.

Давайте подсчитаем, сколько примерно газа необходимо, чтобы снабжать энергией вашу квартиру, ваш дом.

Решение:

1. 1 куб. м газа выделяет 35570 000 Дж тепла,

Из них полезное тепло составляет 30%, а именно:

35 570 000*0, 30 = 10 671 000 Дж полезного тепла (примерно).

2. 1 ватт=1Дж/с

1 ватт*час =1 (Дж/с)* 1(час или 3600 с)= 3600 Дж

Соответственно:

100 квт*час=100* 1000* 3600 = 360 000 000 Дж.

3. Составим пропорцию:

1 куб. м газа - 10 671 000 Дж полезного тепла

Х куб. м - 360 000 000 Дж полезного тепла (на 100 квт*час)

Х= (1*360 000 000)/10 671 000=33, 7 куб.м

При экономии 100 Квт*час, мы экономим примерно 34 куб. м газа.

Задание 4. Рассчитайте сколько газа расходуется при освещении вашей квартиры в течение месяца. Квт*час в месяц возьмите из таблицы.

День

Энергия до нашей эры

Впервые явления, которые сегодня называют электрическими, были замечены в древнем Китае, Индии, а позднее в древней Греции. Древнегреческий философ Фалес Милетский в VI веке до нашей эры отмечал способность янтаря, натертого мехом или шерстью, притягивать обрывки бумаги, пушинки и другие легкие тела. От греческого названия янтаря – «электрон» – это явление стали называть электризацией.

Сегодня нам уже будет нетрудно разгадать «тайну» янтаря, натертого шерстью. В самом деле, почему янтарь электризуется? Оказывается, при трении шерсти о янтарь на его поверхности появляется избыток электронов, и возникает отрицательный электрический заряд. Мы как бы «отбираем» электроны у атомов шерсти и переносим их па поверхность янтаря. Электрическое поле, созданное этими электронами, притягивает бумагу. Если вместо янтаря взять стекло, то здесь наблюдается другая картина. Натирая стекло шелком, мы «снимаем» о его поверхности электроны. В результате на стекле оказывается недостаток электронов, и оно заряжается положительно. Впоследствии, чтобы различать эти заряды, их стали условно обозначать знаками, дошедшими до наших дней, минус и плюс.

Описав удивительные свойства янтаря в поэтических легендах, древние греки так и не продолжили его изучение. Следующего прорыва в деле покорения свободной энергии человечеству пришлось ждать много веков. Зато когда он все-таки был совершен, мир в буквальном смысле слова преобразился.

Первые опыты

В конце XVI века придворный врач английской королевы Елизаветы Уильям Гилберт изучил все, что было известно древним народам о свойствах янтаря, и сам провел опыты с янтарем и магнитами. В 1600 году он издал большой труд «О магните, магнитных телах и о самом большом магните – Земле», в котором он объяснял действие магнитного компаса, а также приводил описания некоторых опытов с наэлектризованными телами. Гилберт открыл, что свойства электризации присущи не только янтарю, но и алмазу, сере, смоле. А некоторые тела, например, металлы, камни, кость, наоборот, не электризуются.

В середине XVII века известный немецкий ученый Отто фон Герике построил специальную «электрическую машину», представлявшую собой шар из серы величиной с детскую голову, насаженный на ось. Если при вращении шара его натирали ладонями рук, он начинал притягивать и отталкивать легкие тела. Опыты Герике с электрической машиной привели к ряду важных открытий: в дальнейшем, сравнивая электричество, получаемое с помощью разных материалов, ученые обнаружили способность некоторых тел проводить электричество и разделили материалы на проводники и непроводники электричества.

В целом практических знаний об электричестве за два столетия было накоплено не так уж много, но все эти открытия были предвестниками по-настоящему больших перемен. Это было время, когда опыты с электричеством ставили не только ученые, но и аптекари, и врачи, и даже монархи.

Гальванический ток

В 1791 году итальянский анатом Луиджи Гальвани обнаружил, что при соприкосновении двух разнородных металлов с телом препарированной лягушки появляется электричество. Гальвани ошибочно объяснил это явление наличием особого «животного электричества».

Справедливости ради надо отметить, что Гальвани был не так уж далек от истины: как это установили позднее, жизненные процессы в любом организме сопровождаются возникновением электричества, которое с полным основанием может быть названо животным, однако, с электричеством, открытым самим Гальвани, оно не имеет ничего общего.

Вскоре другой итальянский ученый, Алессандро Вольта, дал этим опытам иное объяснение. Он доказал, что электрические явления, которые наблюдал Гальвани, объясняются только тем, что определенная пара разнородных металлов, разделенная слоем специальной электропроводящей жидкости, служит источником электрического тока, протекающего по замкнутым проводникам внешней цепи. Эта теория, разработанная Вольтой в 1794 году, позволила создать первый в мире источник электрического тока, который назывался Вольтов столб. Он представлял собой набор пластин из двух металлов, меди и цинка, разделенных прокладками из войлока, смоченного в соляном растворе или щелочи. Вольта создал прибор, способный за счет химической энергии производить электризацию тел и, следовательно, поддерживать в проводнике движение зарядов, то есть электрический ток. Скромный Вольта назвал свое изобретение в честь Гальвани «гальваническим элементом», а электрический ток, получающийся от этого элемента – «гальваническим током».

Что такое энергия?

Энергия – удивительное явление. Ею пропитан наш мир. Энергия может находиться в людях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах. Энергия поднимает в космос ракеты, движет автомобилями, кораблями и самолетами, зажигает миллионы огней больших городов. Энергия дает нам свет, тепло, связь. И чем дальше в своем развитии продвигается человечество, тем больше ему нужно энергии.

Энергия – явление многостороннее и многозначное. Само слово «энергия» заимствовано из греческого языка и означает «действие». Чуть сложнее определение энергии, принятое в мире науки: «это общая количественная мера различных форм движения материи».

Энергия, которая возникает при движении предмета, одушевленного или неодушевленного, называется механической. Но не только движение рождает энергию: она существует во множестве форм. Например, при нагревании чего-либо возникает тепловая энергия. В ходе химической реакции высвобождается химическая энергия, а при распаде атомов – ядерная. Есть и другие виды энергии – электрическая, гравитационная, солнечная и т.д.

Энергия не исчезает и не появляется вновь, а только переходит из одной формы в другую. Энергия движения может быть преобразована в тепловую, тепловая – в световую и электрическую энергию, и наоборот. Но общее количество энергии при этом не меняется. Это легко понять на примере воды. Когда вода замерзает, то превращается в лед. Когда закипает – в пар. Становится ли воды больше или меньше при переходе из одного состояния в другое? Нет. То же самое можно сказать и про энергию: какие бы превращения с ней ни происходили, сумма мировой энергии остается неизменной.

Возможности энергии безграничны. Недаром ученые когда-то называли ее «живой силой». Сегодня энергия сопровождает нас на каждом шагу. Она приводит в действие огромное количество приборов и механизмов, которые делают нашу жизнь такой комфортной. Взамен она требует не так уж много – бережного отношения и экономного потребления.

Электричество в древности

Об электричестве знали еще древние греки. Янтарь они называли «электрон». Этот минерал, если его натереть шерстяной тканью, создает заряд статического электричества. А в пирамидах Древнего Египта ученые обнаружили сосуды, напоминающие аккумуляторы

Как жили без электричества

Масляные лампы и свечи были основными источниками света вплоть до середины XIX века. К этому времени из нефти научились получать керосин, который заменил масло в лампах.

Крестьянские избы на Руси в XVII-XIX веках с весны до осени вообще не освещались. Считалось, что с Пасхи до Покрова вставать и ложиться надо с зарей. Для домашних дел хватало света от трех окон на главном фасаде дома. И лишь зимой хозяева зажигали лучины и фитили, а в праздники – свечки

Электрификация России

Самая первая тепловая электростанция, построенная по плану ГОЭЛРО в 1922 году, называлась «Уткина заводь». В день пуска участники торжественного митинга переименовали ее в «Красный октябрь», и под этим именем она проработала до 2010 года. Сегодня это Правобережная ТЭЦ ОАО «ТГК-1».

Самая первая гидроэлектростанция, построенная по плану ГОЭЛРО – Волховская ГЭС. Ее ввели в эксплуатацию 19 декабря 1926 года. Станция и сегодня продолжает исправно работать, являясь неотъемлемой частью энергосистемы Северо-Запада.

Самым дорогостоящим за всю историю электрификации был «кабель с денежкой». Во время Великой Отечественной Войны в блокадном Ленинграде не могли найти кабельную бумагу для изоляции силового кабеля. Вместо нее использовали бумагу с водяными знаками, предназначенную для выпуска денег.

Электричество в Петербурге

Самым первым общественным зданием Петербурга, где появилось электрическое освещение, был магазин «дамскаго и мужескаго белья господина Флорана» на Большой Морской улице, дом 16. В 1874 году в нем зажглись три лампы, изобретенные талантливым инженером-электротехником Александром Лодыгиным. Изысканный товар освещался электрическим светом три месяца абсолютно бесплатно. Директор магазина, тот самый господин Флоран, обратил себе в прибыль любопытство, которое посетители проявляли к электрической диковинке.

30 декабря 1883 года на улицах Петербурга стоял тридцатиградусный мороз. Но холод совсем не мешал толпе зевак, собравшихся на Невском проспекте, чтобы посмотреть на новые электрические фонари, которые с этого дня стали регулярно освещать главный проспект города.

Вагон электрического трамвая изобрел Федор Аполлонович Пироцкий в 1880 году. Первые трамвайные линии в Санкт-Петербурге были проложены только зимой 1885 года по льду Невы в районе Мытнинской набережной фирмой «Подобедов и компания», так как право на использование улиц для пассажирских перевозок имели только владельцы конок – рельсового транспорта, который передвигался не на электрической тяге, а при помощи лошадей. Впервые жители Санкт-Петербурга прокатились на городском электрическом транспорте – трамвае – в 1907 году. Первым вагоновожатым был Генрих Осипович Графтио, талантливый инженер-энергетик, построивший «Трамвайную электростанцию».

Энергетика в цифрах

Одна современная электростанция производит достаточно электричества, чтобы обслуживать 180 000 домов.

Скорость электрического тока, который движется по проводам, составляет более 300 000 км в секунду, эта величина сравнима со скоростью света (скорость света в вакууме — фундаментальная физическая постоянная, по определению, точно равная 299 792, 458 км/с).

Современные энергосберегающие лампы потребляют в пять раз меньше энергии, чем обычные лампы накаливания, а служат в восемь раз дольше – около десяти тысяч часов.

Первая в России геотермальная теплоэлектростанция была построена еще в 1966 году. А столица Исландии Рейкьявик сегодня получает тепло исключительно от горячих подземных источников.

Удар молнии достигает силы 3 000 000 вольт, при этом длится менее секунды.

Сегодня существует более 300 видов рыб с электрическими органами, которые помогают им охотиться и отражать атаки более мощных противников. Одна из самых опасных пресноводных рыб — электрический угорь, обитающий в Амазонке. Сила его удара достигает 500 вольт: он не только смертелен для мелкой рыбешки, но может нанести серьезный вред человеку. Поэтому местные жители перед тем, как зайти в воду, запускают туда коров, чтобы потревоженные угри истратили на них весь свой запас электричества.

В пожарной дружине калифорнийского города Ливермор до сих пор висит электрическая лампочка мощностью всего 4 ватта, которая работает с 1901 года. За это время она гасла всего несколько раз при отключениях электричества и переездах (последний такой случай произошел в 1976 году). Однозначно объяснить, почему лампочка до сих пор не перегорела, никто не может. Есть мнение, что секрет ее долголетия – в добросовестности инженеров прошлого, которые даже лампочки делали на века. Сегодня за долгожительницей из Ливермора наблюдает целый общественный комитет – Ливерморский комитет вековой лампочки.

Почему энергию надо беречь

Пока природные запасы тают, наши запросы ощутимо растут. Население современных городов постоянно увеличивается: в каждый новый многоэтажный дом въезжают сотни людей. С собой они привозят чайники, холодильники, микроволновые печи, кухонные комбайны, стиральные машины, компьютеры, домашние кинотеатры, электротренажеры и множество других необходимых в быту вещей. Чтобы все это работало, нужно много, очень много энергии!

Запомнить основные правила экономного потребления энергии и следовать им несложно, но этим ты вносишь свой маленький вклад в большое дело сохранения природных ресурсов нашей планеты. Если телевизор продолжает работать в пустой комнате, его можно со спокойной совестью выключить – диктор не обидится. Если из окна в комнату льется яркий дневной свет, включать электрическое освещение нет нужды – для игр и чтения дневного света более чем достаточно.

Энергия и экология

Взаимоотношения человека с окружающей средой изучает наука экология. В переводе с греческого слово «экология» означает «наука о доме». Ученые-экологи изучают, как в «доме», то есть в природе, сосуществуют люди, растения и животные, как их деятельность воздействует на окружающую среду и как можно уменьшить негативные последствия этого воздействия.

Сама по себе энергия, вырабатываемая на электростанциях, окружающую среду не загрязняет. А вот побочные продукты ее выработки вполне могут стать опасными для природы. Сегодня основной источник энергии в мире – это органическое топливо (уголь, нефть, газ, мазут и пр.). Чтобы преобразовать его в энергию, его нужно сжечь, а при сжигании топлива выделяются вредные вещества. Чтобы минимизировать загрязнение атмосферы, тепловые электростанции сегодня оборудуют специальными фильтрами, которые не допускают попадания загрязняющих частиц в атмосферу. Помимо этого, все больше электростанций переходят на один из самых экологически чистых видов топлива – природный газ. 60% электроэнергии в России сегодня вырабатывается на газе.

Гидроэнергетика и атомная энергетика тоже не совсем безопасны для окружающей среды. Гидроэнергетика – из-за весеннего разлива водохранилищ, испарения огромных объемов воды с их поверхностей и связанной с этим перемены климата. Атомная энергетика – из-за чрезвычайно токсичных отходов, которые необходимо хранить глубоко под землей с соблюдением серьезных мер предосторожности.

Существует ли возможность полностью нейтрализовать воздействие энергетики на окружающую среду? Да, и она заключается в использовании экологически чистых, возобновляемых источников энергии, которые также называют альтернативными. Энергия будущего – это энергия солнца, ветра, подземных недр, океанских волн и приливов.

Задание 3. Разберем пример расчета экономической выгоды энергосберегающих лампочек.

Предположим, что в помещении используются 7 лампочек мощностью 60 Вт, они работают по 4 часа в день. Мощность – потребление в час, следовательно, умножив эту величину на количество часов работы и число дней месяца, мы получим потребление электроэнергии за месяц:

(7*60*4)*30/1000=50, 4 кВт.

Чтобы узнать, сколько придется заплатить по счету за электроэнергию необходимо умножить потребление на тариф. Пусть он будет равен 4, 01 рубль, тогда:

50, 4*4, 01=202, 10 рубль.

Как видите, совсем немало.

Рассчитаем потребление электроэнергии лампочкой такого типа если в помещении включены все те же 7 штук, и работают они 4 часа в день, при тарифе 4, 01 рубль, излучаемая мощность как в первом примере, а потребление за месяц будет:

(7*12*4)*30/1000=10, 08 кВт.

Заплатить придется:

10, 08*4, 01=40, 42 рубль.

2. Лампочка накаливания стоит 20 рублей и работает 1000 часов, энергосберегающие лампочки стоят 150 рублей и работают 12000. часов. Сколько лампочек накаливания вы смените за 12000 часов? Сколько затратите денег? Сравните сумму, потраченную на все лампочки накаливания и сумму, потраченную на 1 лампочку накаливания. Сделайте выводы.

День - Энергосбережение

Задание 1. Викторина по энергоэффективности on-line:

http: //energo.effecton.ru/30.html

Задание 2. 10 источников энергии в будущем.

https: //www.youtube.com/watch? v=XrAeMA2tJo4

Задание 3. Опыты с энергией. https: //www.youtube.com/watch? v=1UFSJBeIxYk

День

Задание 2. Рассчитаем в специальной программе рассеивание загрязняющих веществ.

Программы можно скачать на сайте:

http: //eco-c.ru/downloads

Вариант расчета № 1

Расчёт загрязнения атмосферы выполнен в соответствии с ОНД-86 «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий», с использованием унифицированной программы расчёта загрязнения атмосферы УПРЗА «ЭКО центр».

Исходные данные для проведения расчета загрязнения атмосферы

порог целесообразности по вкладу источников выброса: 0, 05;

площадь города (для экстраполяции фона), км²: 20000;

расчетный год 2017.

Метеорологические характеристики и коэффициенты:

коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы: 180;

средняя температура наружного воздуха, °С: 25, 9;

коэффициент рельефа: 1.

Параметры перебора ветров:

направление, метео °: 0 - 360 (шаг 1);

скорость, м/с: 0, 5 - 8 (шаг 0, 1).

Основная система координат - правая с ориентацией оси OY на Север.