Конспект урока "Производство, передача и использование электрической энергии"


ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.
Цель семинара:
обобщение и систематизация знаний по теме:
«Производство, передача и использование электрической энергии»
Задачи:
Образовательные и развивающие:
осветить ряд научно – технических достижений и проблем, связанных с
энергетикой, формировать у учащихся умение систематизировать знания по теме,
устанавливать связь научно – технических, экономических и экологических проблем.
Воспитательные:
обратить внимание учащихся на важность рассматриваемых вопросов на
экономику страны, выделить актуальные задачи научно – технического развития на
ближайшее будущее.
Вопросы для самостоятельной подготовки.
1. Способы производства электроэнергии.
2. Передача электрической энергии.
3. Успехи и перспективы электрификации в стране.
Методические советы.
Краткое введение в начало урока делает учитель, подчеркивая значение
электрической энергии для развития техники и науки, отмечая преимущества
электроэнергии, а также преимущества переменного тока (возможность трансформации
почти без потерь энергии и передачи на большие расстояния, простота регенерации).
Затем делается переход к повторению устройства и принципа действия генератора
переменного тока: несколько вопросов, на которые ученики кратко отвечают с мест
(определение генератора, на каком физическом явлении он основан, основные части
генератора).
Следующие вопросы заслуживают подробного рассмотрения и целесообразно
подготовить их в виде докладов учащихся «Способы производства электроэнергии» и
«Передача электрической энергии
В первом докладе дается сравнительная характеристика различных способов
производства электроэнергии, разбираются преимущества и недостатки каждого способа,
проблемы, к которым они приводят (технические, экологические и др.). Следует выделить
экологически выгодные способы (ядерная энергетика, МГД генераторы) как
перспективные и развивающиеся в настоящее время. Больше внимания нужно уделить в
докладе физике явлений, происходящих при производстве электроэнергии (конечно, в
рамках уже пройденного материала): превращения видов энергии, законы сохранения
энергии, термодинамики, КПД теплового двигателя и т.д.
Во втором докладе «Передача электроэнергии» тема рассматривается с точки
зрения экономики энергетики. Около 10% производимой электроэнергии никогда не
доходит до потребителя – потери распределения. 2/3 общей стоимости электроэнергии
составляют затраты на распределения (создание, эксплуатация и потери). Разбирается
физика явлений, приводящих к потерям при передаче электроэнергии, и как следствие,
способы снижения этих потерь. В том же контексте сравниваются перспективы
использования при передаче постоянного и переменного тока. С экономической точки
зрения рассматривается энергосистема страны (и переход на летнее время). Взаимосвязь
науки и техники: экономика энергетики зависит от достижении физики. Проблема
создания сверхпроводящих линий электропередач – современные достижения физики
сверхпроводимости не дают пока экономической выгоды. Проблема повышения
температуры сверхпроводящего перехода: при достижении температуры жидкого азота –
уже революция в энергетике. (По сверхпроводнику ток протекает практически без потерь.
Даже с учетом высоких затрат на охлаждение проводников КПД подобных линий
электропередач составит 99,5%). Это одна из важнейших задач научно – технического
прогресса на современном этапе.
Завершает семинар краткое сообщение «Успехи и перспективы электрификации в
стране». Этот материал логически связан с двумя предыдущими темами докладов.
Учитель может, по своему усмотрению, перераспределить материал и дать последнюю
тему также в виде доклада. В этом случае докладчик более подробно разбирает новые
источники энергии, которые пока еще не действуют на практике или используются
недостаточно.
Тезисное изложение материала к 1 и 3 вопросам.
Источники энергии.
Уголь. Удельный вес его в общем производстве энергии снижается. Более дешевые
источники вытесняют уголь. Однако проблема нефтяных ресурсов вынуждает
использовать и уголь, и абсолютные показатели его потребления растут. Нефть. Имеет
высокую значимость для других областей экономики. Проблема ресурсов обостряется.
Природный газ играет как источник энергии второстепенную роль, хотя мировые запасы
его огромны – более 2*10 м³.
Для органических видов топлива характерно загрязнение атмосферы. При их
сжигании выделяются окислы серы, что приводит к « кислотным» дождям. К тому же
потребляется значительное количество атмосферного кислорода. Поэтому тепловые
электростанции совсем не так безвредны, как может показаться – они не обладают
достаточной экологической чистоты.
Гидроэнергия. В ряде стран играет главную роль в производстве электроэнергии:
Швеция, Норвегия, Швейцария поизводят на ГЭС более 90% электроэнергии. В мировом
балансе доля гидроэнергии падает. Экологические проблемы: затопление площадей,
влияние на климат, ущерб промыслу рыб.
Магнитно – гидродинамические генераторы.
Полезно остановиться на физике явлений, происходящих в МГД - генераторе. МГД
- генератор непосредственно преобразует тепловую в энергетическую. Основан на
явлении электромагнитной индукции – возникновении электрического тока в проводнике,
пересекающем магнитные силовые линии. В качестве проводника используется плазма
(или проводящая жидкость), движущаяся в магнитном поле. Отсутствие движущихся
деталей и высокая рабочая температура позволяют МГД – генераторам достигать высоких
КПД и больших мощностей. Быстрота выхода на рабочий режим (безинерционность)
позволяет на базе МГД – генератора создавать аварийные электростанции (которые
мгновенно подключаются к энергосистеме в случае неполадок на основной станции), а
также мощные импульсные установки. Малое количество вредных примесей в выхлопных
газах МГД – генератора обеспечивает его экологическую чистоту.
Атомная энергия. Экономические выгоды. 1954 г. – первая в мире советская АЭМ,
5 МВт. Сейчас в странах СЭВ действуют АЭС общей мощностью 100 миллионов кВт. На
Игналинской АЭС в Литве установлен крупнейший в мире реактор мощностью в 1,5 млн.
кт. Перспективная цель реакторы - размножители на быстрых нейтронах с расширенным
воспроизводством ядерного горючего. Атомная энергетика – одно из приоритетных
направлений развития науки и техники Комплексной программы научно – технического
прогресса стран – членов СЭВ до 2000 года.
Перспективные источники энергии.
Термоядерный синтез. Практически неисчерпаемый источник дешевой энергии
Мировой океан: более 2*10 кг дейтерия. Отсутствие реактивных отходов. Перспектива
промышленного использования термоядерной ЭС – в районе 2000г. Научно – технические
проблемы – поддерживание достаточной температуры и устойчивости плазмы.
Следующие источники энергии пока используются сравнительно
мало.
Солнечная энергия. Дешевизна. Мощность излучения, падающего на Землю,
порядка 2,7*10 Вт. В настоящее время более других стран используют энергию солнца
КНР: 40 тысяч установок. Проблема использования – низкий КПД.
Энергия ветра. Как и солнечная энергия, используется маломощными станциями
местного значения.
Энергия приливов и отливов. Энергия одного цикла прилив – отлив составляет 8*10
кВт*ч. Однако сложность и дороговизна оборудования препятствуют развитию
приливных электростанций.
Геотермальная энергия (внутреннее тепло Земли) – источник местного значения.
По окончанию каждого доклада учитель останавливается на упущенных учеником
положениях. Желательно, чтобы дополнения делали другие учащиеся. Учитель
направляет внимание школьников на физическую сторону материала, систематизирует
содержание докладов.
Подведение итогов
. Потребности в энергии в наши дни растут чрезвычайно высокими темпами.
Однако предложение дешевой энергии заметно отстает от спроса на нее. Несмотря на
относительно высокую стоимость, доля электроэнергии велика и продолжает расти.
Электроэнергетика имеет определяющее значение для ускорения научно технического
прогресса, механизацию и автоматизации производства, развития ЭВТ.