Прості енергетичні рішення проти змін клімату

 Тема: Прості енергетичні рішення проти змін клімату.

(Конспект уроку з фізики для учнів 10 класу при вивченні теми «Механічна енергія. Закон збереження механічної енергії»).   

 Мета:

• ознайомити учнів  з проблемою зміни клімату та її наслідками;
• показати можливості зняття гостроти цієї проблеми за рахунок використання відновлюваних джерел енергії для збереження екологічної ситуації на Землі;
• пояснити сутність парникового ефекту в контексті змін клімату;
• формувати навички практичного розв’язання проблеми; розвивати критичне мислення; вміння аналізувати, самостійно робити висновки, працювати з літературою;
• розвивати логічне мислення, уміння і навички працювати з додатковими джерелами інформації, систематизувати та узагальнювати матеріал, аналізувати і робити висновки;
• виховувати почуття відповідальності за долю рідної землі,  почуття патріотизму, прагнення до гармонії, людяності, доброти, дбайливе ставлення до природи, особисту відповідальність за охорону навколишнього середовища

   Тип уроку: урок комплексного застосування знань, умінь, навичок, урок- дослідження.

Хід уроку

І. Організаційний момент.

ІІ. Мотивація навчальної та пізнавальної діяльності учнів.

Прийом «Мозковий штурм»

1. Як ви розумієте поняття «глобальні проблеми»?

2. Які на вашу думку причини виникнення глобальних проблем?

3. Назвіть регіони і країни, де найбільше проявляються екологічні проблеми.

4. Назвіть проблеми, які ви вважаєте є найбільш актуальними для України.

5. Чи згідні ви, що глобальні проблеми загрожують існуванню людства?

6. Які з вищеназваних проблем загрожують особисто вам? Чому?

Розповідь вчителя

Глобальна зміна клімату – це, напевне, найбільший виклик для людства за часів його існування. Це проблема, яку вже відчуває наше покоління і з наслідками якої доведеться жити поколінням наступним.

Згідно прогнозів провідних міжнародних наукових центрів з дослідження клімату, протягом наступного століття температура підвищиться на 2-5 градусів за Цельсієм. Такі темпи глобального потепління спричинять серйозні кліматичні зміни і різні екосистеми опиняться під загрозою зникнення.

                    Зміна клімату впливає на всіх нас. Проте ми досі не приймаємо швидких рішень, а лише займаємося усуненням наслідків та намагаємося адаптуватися до змін навколо нас. Більшість не розуміє ризики від зміни клімату для глобальних економічних і соціальних структур та відноситься, на жаль, зневажливо до довгострокової користі від глобального переходу до сталого розвитку та чистої енергетики.

        Отже, ефективне використання енергії та стан навколишнього середовища є суттєвим для сталого розвитку як на світовому рівні, так і на рівні країни. Сьогодні  ми познайомимося з проблемою глобального потепління та спробуємо відшукати шляхи її розв’язання в Україні.

ІІІ. Оголошення  теми уроку.

                    На сьогоднішньому занятті, як ви вже здогадались, ми з вами  поговоримо про сезонні зміни в природі та про природні кліматичні явища. А ще на нас чекає багато цікавої та корисної інформації.

 Створення «Карти асоціацій».

    Учитель записує на дошці речення  «Глобальне потепління». Учням пропонується назвати власні асоціації, пов’язані з цим явищем. Усі асоціації записуються на дошці, утворюючи «карту асоціацій».

IV. Вивчення нового матеріалу.

Розповідь з елементами бесіди.

      В основу сучасної економіки покладено використання енергетичних ресурсів, запаси яких вичерпуються і не відновлюються. Але найбільше непокоїть те, що сучасні способи виробництва енергії завдають непоправної шкоди природі та людині. Уважно спостерігаючи за подіями в світі, ми знайдемо багато таких прикладів. Отже,  розумне використання ресурсів та енергії – одна з найболючіших проблем людства.

Запитання до учнів:

• А які ваші дії впродовж дня потребують затрат енергії?
• Який вид енергії витрачали ви в кожному випадку?
• Подивіться навкруги, назвіть предмети, які володіють потенціальною енергією.
• Наведіть приклади тіл, що володіють кінетичною енергією.
• Як ви гадаєте, якою енергією володіють:
  • - полум’я свічки;
  • - літак;
  • - батарейка в калькуляторі;
  • - вийнятий з печі хліб.
• Чому на 5 поверх підійматися сходами важче, ніж на другий?
• У якому випадку витратите більше електричної енергії: увімкнувши настільну лампу потужністю 60 Вт протягом 3 годин, чи увімкнувши електричний чайник потужністю 600 Вт на 10хвилин?

• Подумайте і наведіть власні приклади перетворення енергії.

      Вже визнано, що на Землі почалося глобальне потепління. Причиною цього є викиди до атмосфери так званих парникових газів, коли використовуються не поновлювані джерела енергії. Це викликає загальне потепління, як наслідок, порушується рівень світового океану. Подібне руйнування екологічного балансу вже сьогодні призводить до збільшення кількості природніх катаклізмів, зникнення унікальних видів тварин  і  рослин та поширення небезпечних захворювань. Для уникнення екологічної катастрофи  людству необхідна екологічно безпечна стратегія енергетичного розвитку.

       Заощаджувати енергію  повинні все людство і кожна людина зокрема. Використовуючи менше не поновлюваних джерел енергії, ми зменшуємо кількість шкідливих викидів у атмосферу. Заощаджену енергію можна використати замість тієї, яку потрібно виробити, і за рахунок цього теж зменшити забруднення навколишнього середовища. До того ж, заходи з економії енергоресурсів у 2,5 – 3,0 рази дешевші, ніж виробництво і постачання споживачам такої ж кількості енергії.

А зараз оцінимо, як ми використовуємо енергію вдома, відповівши на запитання анкети (Додаток 1).

      Що ж  таке парниковий ефект?

    Напевно, багато хто помітив, що зими в останній час стали не такими холодними і морозними, як в минулі часи. І частенько і на Новий рік, і на Різдво замість належного справі снігу мрячить дощ. Виною всьому цілком може бути таке кліматичне явище, як парниковий ефект в атмосфері Землі, що представляє собою підвищення температури поверхні нашої планети через нагрівання нижніх шарів атмосфери через скупчення парникових газів. Як наслідок всього цього відбувається поступове глобальне потепління.

     Виникнення парникового ефекту відбувається через наступні екологічні причини:

• Застосування гарячих корисних копалин, таких як вугілля, нафта, природний газ у промисловості, при їх спалюванні в атмосферу потрапляє велика кількість вуглекислого газу та інших шкідливих хімічних речовин.
• Транспорт – велика кількість автомобілів, як легкових, так і вантажних, виділяють вихлопні гази, що також сприяє парниковому ефекту. Щоправда поява електромобілів і поступовий перехід на них може надати позитивний вплив для екології.
• Вирубка лісів, адже відомо, що дерева поглинають вуглекислий газ, і з кожним знищеним деревом, кількість цього самого вуглекислого газу тільки зростає (в тому числі прямо зараз наші лісисті Карпати стають вже не такими лісистими, як це не сумно).
• Лісові пожежі – тут такий же механізм, як і при вирубці лісів.
• Агрохімія і деякі добрива також є причиною парникового ефекту, так як в результаті випаровування цих добрив в атмосферу потрапляє азот, який є одним з парникових газів.
• Розкладання і горіння сміття також сприяє появі парникових газів, що збільшують парниковий ефект.
• Збільшення населення на планеті Земля також є непрямою причиною, пов’язаною з іншими причинами – більше людей, значить більше від них буде сміття, більше буде працювати промисловість, щоб задовольнити всі наші не маленькі потреби і так далі.

 Практикум « Парниковий ефект»

      Спробуємо змоделювати парниковий ефект. Для цього нам знадобиться два термометри з

однаковою шкалою. Вони повинні уміститися в банках з кришками, що закручуються. В одну

банку кладемо шматочок чорного матового картону, що закриє зсередини приблизно половину банки. Термометр у банці повинен знаходитися в затемненій картоном частині. В іншій банці таким самим чином розташовуємо алюмінієву фольгу. Термометр повинен також знаходитися у притіненому місці. Ставимо банки на відкритому сонці одну біля одної на що-небудь, що може правити за теплоізоляційний матеріал, наприклад, на картон або дерев’яну підставку. Слід переконайтися, що термометри містяться в затемнених частинах банок. Слідкуємо за показаннями термометра. Незабаром ми переконаємося, що температура піднімається швидше в банці з чорною картонкою.Що ж відбувається? Сонячні промені, які доходять до нас, мають короткі й довгі електромагнітні хвилі. Короткі - це світло, їх потужність більша, довгі - це теплове випромінення. Скло легко пропускає короткі хвилі (світло), але погано - довгохвильове (теплове) випромінення. У банці з алюмінієвою фольгою промені відбиваються від металу. Довжина хвиль залишається незмінною, і тому промені залишають банку так само легко, як і потрапляють в неї. У банці з чорною картонкою сонячні промені поглинаються картонкою. Сонячна енергія нагріває картонку, її температура підвищується. Нагріта чорна картонка сама випромінює енергію, але довжина хвилі цих променів більша, ніж у сонячних променів, і вони не можуть вийти назовні через скло. Енергія теплового випромінювання залишається в банці, збільшуючи температуруповітря в ній.У такий же спосіб діє атмосфера Землі. За відсутності атмосфери температура на Землі була б -18° С.

       Наслідки глобальних змін клімату для країни

  Зміни клімату – це великомасштабні, довгострокові зрушення в погодних умовах планети та середній температурі.

  За даними NASA у 2016 температура поверхні Землі була найгарячіша з моменту початку ведення спостережень у 1880 році. Глобально, середня температура в 2016 році була на 0,99 градусів за Цельсієм вища, ніж в середині 20-го століття. Якщо спостерігати більший відрізок часу, середня температура поверхні планети піднялася на близько 1,1 градуси за Цельсієм з кінця 19 століття. Вчені вже не сумніваються, що ця зміна обумовлена в основному збільшенням концентрації вуглекислого газу та інших антропогенних викидів в атмосфері.

   В такій ситуації прогноз для України може бути наступним:

  У випадку, бездіяльності, за даними Світового банку, якщо не відбудеться кардинальних змін в економіці, способах виробництва і рівні споживання, середньорічна температура в Україні до 2100 року може підвищитись на 3,2-4,5°С.

   В такому випадку на Україну чекатимуть значні негативні наслідки в першу чергу для сільського господарства за рахунок збільшення посух, зменшення рівня опадів влітку, більш різких пікових температур (від’ємної взимку і плюсової влітку), що негативно позначатиметься на кількостях врожаю, буде вимагати значних інвестицій у заходи з адаптації до змін клімату (наприклад, в технології зрошування, роботу над створення стійких до перепадів температури видів, тощо). В цілому, можуть спостерігатись значні зміни сезонних явищ, наприклад ранній початок цвітіння рослин, а потім різкі похолодання. Що негативно впливатиме як на господарські культури, так і на всі екосистеми в цілому.

   Посухи й повені, інші екстремальні погодні явища, такі як урагани, не тільки почастішають, але їх руйнівний вплив збільшиться. Такі явища стануть постійними, наносячи значні збитки економіці країни і загрожуючи продовольчій безпеці. Посухи та спека, зменшення кількості опадів влітку також сприятимуть збільшенню частоти лісових пожеж та опустелюванню південних і південно-східних регіонів України. В контексті повеней і підтоплень найбільш уразливими є гірські регіони Карпат, населені пункти в басейнах річок Дністра, Дніпра, менших рік тощо. Ми вже відчули на собі повені на Дунаї у 2005 р., на Дністрі й у Закарпатті у серпні 2008, посуху по всій Україні у 2007, рекордні снігопади на заході та центральній частині країни у березні 2013 р.

      Разом з цим регіони на півдні України можуть також постраждати з високою ймовірністю внаслідок підняття рівня Чорного і Азовського морів, які є складовою Світового Океану, адже за останні 100 років рівень Світового океану в середньому підвищився на 178 мм і продовжує підніматися зі швидкістю 3,4 мм на рік. Учені застерігають, що Крим може стати островом, бо затопить перешийок. Так само під водою може опинитися значна частина Одещини. Вилкове може зникнути взагалі. Частина Херсонщини та Миколаївщини теж опиняться під водою. Така ситуація може призвести також до проблеми забезпечення водними ресурсами, в тому числі питною водою.

   Згідно висновків Національної академії наук України, Української академії аграрних наук та Держкомгідромету України, глобальне потепління в Україні відгукнеться незворотною деградацією степів Причорномор'я, Приазов'я та степової частини Криму, а також зниженням продуктивності лісу на всій території України, зокрема внаслідок поширення інфекційних хвороб рослин та шкідників. За ще більш песимістичним сценарієм, можлива загроза міграції населення з країн південно-східних регіонів, де буде спостерігатися значене погіршення умов проживання внаслідок стрімкої зміни природно-кліматичних умов та загроза поширення інфекційних захворювань непритаманних Україні (малярія, лихоманка Денге тощо). А за даними Національного інституту стратегічних досліджень, загрози для біологічного різноманіття через зміни клімату проявлятимуться у вигляді зменшення кількості корисних видів, зміни складу лісу та фауни, деградації ґрунтів та зміну видового складу ґрунтової флори і фауни.

Експериментальний блок

1. Повторіть правила електробезпеки.
2. Розгляньте навчальну лабораторію «Види ламп».
3. Охарактеризуйте типи ламп, які представлено в навчальній лабораторії.
4. За допомогою тарифікатора електроенергії дослідіть, скільки споживається електричної енергії за 20 хв. лампою загального призначення та енергозберігаючою лампою.
5. Порівняйте показники, зробіть висновок.

Розв’язування задач

Задача1. При спалюванні 1 кг вугілля отримують 8,1 кВт електроенергії. Одна енергозберігаюча лампочка споживає у 5 разів менше електроенергії, ніж звичайна лампа 100 Вт. За рік лампочка горить 1460 годин. Яку кількість вугілля можна зекономити за рік, користуючись енергозберігаючою лампочкою?

Розв’язання:

1. 1460·100=146000 (Вт) = 146 (кВт) – споживає звичайна лампа;   

2) 146:5=29,2 (кВт) – споживає енергозберігаюча лампа;

3) 146-29,2=116,8 (кВт) – економія;

4) 116,8:8,1=14,41 (кг) – вугілля економить за рік одна енергозберігаюча лампа.

Відповідь: 14,41 кг.

Задача 2. Відомо, що через погано закручений кран витікає 200 літрів води за добу. Розрахуйте збитки за тиждень, якщо в школі погано закручені 20 кранів. Тарифи на воду складають 3,5 грн. за 1 м³ води.

Розв’язання:

       1) 200·20=4000 (л) – витекло за один день;

       2) 4000·7=28000 (л) – витекло за тиждень;

       3) 28000 л = 28 м³

        4) 28·3,5=98 (грн) – збитки за тиждень.

Відповідь: 98 гривень.

  Цікаві факти

1. Для того, щоб 12 годин щодня протягом року горіла одна лампа потужністю 100 Вт, необхідно спалити 180 кг вугілля, внаслідок чого в атмосферу буде викинуто 425 кг СО2.

2. Закриваючи на ніч вікна шторами, можна зменшити втрати тепла через вікна.

3. Зниження рівня споживання гарячої води на 50 літрів за добу веде до щорічної економії 100 літрів мазуту.

4. Якісна теплоізоляція в будівництві — це запорука економії енергоресурсів та збереження нормального мікроклімату у приміщеннях. Втрати енергії через холодні стіни становлять 40-70% від загальної потреби в теплі.

5. Економити електроенергію можна за рахунок кольору стін. Біла стіна відбиває 80% спрямованого на неї світла, темно-зелена — лише 15%, чорна — лише 9%.

6. Кран, що протікає, призводить до витрат 7000 літрів води на рік (за умови, що вона крапає повільно). Якщо ж вода біжить тоненькою цівкою, то її втрати становитимуть до 30 000 літрів, на рік.

         Шляхи зменшення викидів парникових газів, енерго-, ресурсо-, природозбереження

     Ось кілька простих порад, слідування яким дозволить використовувати електроенергію більш ефективно і, відповідно, заощаджувати кошти. Ці правила не складні, але слід пам'ятати, що для ефективності вимагають щоденного застосування.

1. Використовуйте енергоефективну побутову техніку: 

- побутові електроприлади мають спеціальне маркування від класу А до G;

- клас «А ++» - найбільш енергозберігаючий;

- «А +», «А», «В», «С», «D», «G» - менш енергозберігаючіі;

- придбавши побутову техніку класу «А» або «А+» Ви на 30-50% зменшите споживання  електроенергії навіть порівняно з приладами класу «В».

Приклад: холодильники класу «А» споживають в середньому 0,9 кВт▪год на добу, а класу «С» – близько 1,45 кВт▪год. Таким чином, придбавши холодильник класу «А» Ви зменшите споживання електричної енергії на рік на 200 кВт▪год і, як, результат,  економія Вашого бюджету.

2. Економія на освітленні: 

- встановивши у своєму помешканні енергозберігаючі лампи зменшується споживання електричної енергії. Енергозберігаючі лампи служать у 5-8 разів довше, ніж звичайні лампи розжарювання при споживанні електроенергії в 10 разів менше при забезпеченні аналогічної освітленості, тому затрати на придбання енергозберігаючих ламп окупляться менш, ніж за рік;

- встановивши світлорегулятори і датчики, які автоматично вмикають і вимикають освітлення при появі людини, зменшиться споживання електричної енергії.

3. Правильно експлуатуйте холодильник: 

- не встановлюйте холодильник біля газової плити або опалювальних приладів;

- не встановлюйте холодильник в місце, де є пряме сонячне проміння;

- не ставте в холодильник гарячу їжу;

- дотримуйтесь оптимального температурного режиму в приміщенні — 18-20 градусів (в приміщенні, де температура досягає 30 градусів тепла, холодильник споживає удвічі більше електроенергії);

- розморожуючи холодильник згідно з інструкцією експлуатації економія складе 10-15%;

- контролюйте температурний режим в холодильній камері —  чим нижча температура, тим більше електроенергії потрібно для її підтримки.

4. Використовуйте пральні і посудомийні машини в режимі повного завантаження: 

- при неповному завантаженні пральної чи посудомийної машини перевитрати електроенергії становитимуть 10-15 %.

5. Вчасно очищуйте порохотяг:

- на третину заповнений мішок для збору пилу збільшує на 40% витрати електроенергії.

6. Правильно експлуатуйте електроплиту:

- використовуйте посуд з рівним дном та діаметром, який дорівнює або трохи більший за конфорку електроплити— заощадить ся 5-10 % електроенергії;

- врахуйте, що конфорка електроплити після вимкнення певний час продовжує виділяти тепло.

7. Вимикайте електроприлади, якими не користуєтесь:

- вимикайте світло, коли виходите з приміщення;

- не залишайте електроприлади «в режимі сну».

Приклад:телевізори в режимі очікування споживають близько 9 кВт▪год на місяць, музичні центри — в середньому 8 кВт▪год, DVD-плеєри — 4 кВт▪год, комп’ютери — 3,6 кВт▪год.

Сумарне енергоспоживання побутових електроприладів в режимі очікування (« режимі сну») може досягати 350-400 кВт▪год на рік.

8. Правильно експлуатуйте кондиціонер:

- вмикайте кондиціонер лише при закритих вікнах і дверях.

9. Правильно експлуатуйте електрочайник:

- кип'ятіть стільки води, скільки необхідно на даний момент;

- своєчасно видаляйте накип. Чайник з накипом у 30 разів гірше проводить тепло.

10. Вимикайте електричний бойлер:

- вимикайте електричний бойлер, якщо протягом тривалого часу ним не користуєтесь;

- бойлер в режимі очікування споживає електроенергію, автоматично вмикаючись для підігріву води.

11. Правильно обладнайте помешкання освітлювальними приладами:

- використовуйте в побуті крім підвісних та настінних світильників — точкові в «робочих зонах» помешкання;

- точкове освітлення набагато економніше, ніж освітлення всього приміщення одночасно з центрального світильника.

12. Скоротити використання викопного палива, як-от нафта, вуглець та природний газ, і замінити їх на відновлювані та екологічно чисті джерела енергії :

• сонячну енергію: випромінювання Сонця, що використовується для одержання гарячої води й електричної енергії;
• енергію вітру: кінетична енергія вітру, що застосовується для виробництва електроенергії у вітрових турбінах;
• гідроенергію: потенційна, або кінетична, енергія води, перетворена на електричну енергію за допомогою гідроелектростанцій, як великих, так і малих;
• геотермальну енергію: теплова енергія, що надходить із земних надр, зазвичай, у вигляді гарячої води або пари;
• енергію припливів, морських хвиль і океану: механічна енергія припливних потоків або хвиль, що використовується для виробництва електричної енергії;
• тверду біомасу та тваринні продукти: біологічна маса, у тому числі будь-які матеріали рослинного походження, що використовуються безпосередньо як паливо або перетворюються на інші форми перед спалюванням (деревина, рослинні відходи та  відходи тваринного походження; деревне вугілля, яке одержують з твердої біомаси);
• газ чи рідину з біомаси: біогаз, отриманий у процесі анаеробної ферментації біомаси та твердих відходів, який спалюється для виробництва електрики і тепла;
• муніципальні відходи: матеріали, що спалюються для продукування теплової та електричної енергії (відходи житлового, комерційного та громадського секторів);
• промислові відходи: тверді й рідкі матеріали, що спалюються безпосередньо, зазвичай, на спеціалізованих підприємствах, для виробництва теплової й електричної енергії.

13.  Заклейте щілини у вікнах, щоб уникнути втрат тепла.

14.            Не вирубуйте дерева, а краще посадіть нові.
15.            Надавай перевагу велосипедам та громадському транспорту.
16.            Сортуйте сміття.

     V. Узагальнення та систематизація знань.

    В ході заняття ми з’ясували причини та наслідки змін клімату, які особливо актуальні сьогодні для нашої планети. Фінішною лінією у нашому занятті має стати вироблення рекомендацій щодо способів зниження загрози кліматичних змін.

Вправа «Дерево рішень»

Учні отримують аркуші зеленого кольору, малюють на них контури власних долонь, виріза-

ють 5-6 «рук». Потім записують на цих папірцях кілька своїх обіцянок, що стосуються зміни

поведінки щодо навколишнього середовища та збереження енергії і приклеюють до намальованого на великому аркуші паперу дерева.

   І наостанок можна процитувати мудрого індіанського вождя Біла хмара з племені айоко: «Тільки після того, як буде зрубане останнє дерево, лише після того, коли остання риба буде спіймана і буде отруєна остання річка, тільки тоді ви зрозумієте, що гроші не можна їсти».

VI. Домашнє завдання

• Створіть листівку, що заохочувала б людей зберігати електро- та теплоенергію;
• Намалюйте плакат «Мій екологічний будинок».

Додаток 1

Тест на збереження енергії

Дайте відвовіді на запитання анкети та перевірте, чи вмієте ви заощаджувати енергію

   Додайте усі відповіді так . Якщо ви отримали: від 1 до 5 відповідей так: вам ще багато чого слід навчитися, отже почніть уже зараз. Від 6 до 10 відповідей так: у вас багато корисних навичок, які стануть основою для подальшої роботи над собою. Від 1 до 15 відповідей так: ви гарний приклад для всіх інших. Від 16 до 20 відповідей так: хтось з вашої родини повинен стати міністром з питань охорони довкілля.