STEM-урок "Атомна електроенергія - це дешево ?"

Вчитель математики Ткач Валерій Сергійович

(Миколаївська загальноосвітня школа-інтернат І-ІІІ ступенів № 3 Миколаївської обласної ради)

STEM-урок

  у 8-11 класах   26.04.2021

  (бінарний інтегрований урок математики, фізики, хімії, біології, географії)

Т е м а .    Атомна електроенергія - це дешево ?

1 .   Організаційна частина

2 .   Перевірка домашнього завдання.

ЗАДАЧА 1 Сім’я споживає за місяць 200 кВт·год електроенергії. Скільки їй доведеться за це заплатити?

РОЗВ’ЯЗАННЯ 200∙1 грн 68 к. = 336 грн

ВІДПОВІДЬ  Сім’я заплатить 336 грн.

Чи можна обійтися без цих витрат? Чому?

Дійсно! Електроенергія настільки вагомо переплелася із життям людини, що використовується фактично у всіх сферах її діяльності. Чи можна без неї обійтись? Хто хотів би спробувати таке життя?

3 .   Актуалізація та корекція опорних знань

Фізика  Що ж таке електроенергія?

Чому саме електроенергія настільки важлива для нас? Що в ній такого особливого, що вигідно відрізняє її від інших видів енергії?

Звідки береться електроенергія? Що таке електричний струм?

Які фізичні величини пов’язані з цим поняттям? В яких одиницях вони вимірюються? Як вони пов’язані між собою?

І=U/R   І – сила струму (А)   U – напруга (В)   R – опір (Ом)

В яких одиницях вимірюється електроенергія, за яку ми платимо?

Р=U∙І   Р – потужність (Вт)   І – сила струму (А)   U – напруга (В)

А=Р∙t   A – робота струму (Дж) – енергія   Р – потужність (Вт)   t – час (с)

1 Дж = 1 Вт ∙ 1 с  - дуже мала енергія 

1кВт∙год= ???   1кВт∙год= 1000 Вт∙3600 с = 3600000 Дж

1кВт∙год – це багато чи мало? Розглянемо на прикладі електромобіля.

Коли з’явився електромобіль? Багато хто вважає, що електромобіль з'явився зовсім недавно. Але це не так. Він був представлений вперше в Парижі ще в 1881 році, коли авто з двигуном внутрішнього згоряння ще не було. Це був триколісний електромобіль, який міг рухатися зі швидкістю 12 км на годину. 

ЗАДАЧА 2 (із зайвими даними)

Скільки треба заплатити за проїзд електромобілем 500 км?

РОЗВ’ЯЗАННЯ

1) BMW i3   1) 17,2 ∙5= 86 кВт·год    2) 86∙1 грн 68 к. = 144 грн 48 к.

2) Nissan Leaf   1) 18,7 ∙5= 93,5 кВт·год   2) 93,5∙1 грн 68 к. = 157 грн 08 к.

3) Hyundai Ioniq  1) 15,7 ∙5= 78,5 кВт·год   2)   93,5∙1 грн 68 к. = 131 грн 88 к.

4) Tesla   1) 22 ∙5= 110 кВт·год   2) 110∙1 грн 68 к. = 184 грн 80 к.

4 .   Повідомлення теми й мети уроку , мотивація навчальної діяльності

Як електроенергія потрапляє до споживача? Як її використовують?

Комп’ютерна презентація 1  «Електроенергія на службі у людини»

Сьогодні ми поговоримо про «найдешевшу», «найчистішу» електроенергію.  Її виробляють на атомних електростанціях

5 .   Практичне застосування знань.

ЗАДАЧА-ГОЛОВОЛОМКА 3  Розшифруйте абревіатуру МАГАТЕ

ВІДПОВІДЬ М - міжнаро́дна АГ – агенція АТ - з атомної Е - ене́ргії

 Комп’ютерна презентація 2   «Реклама від Енергоатома і МАГАТЕ»

Пропоную визначити на скільки безпечною і дешевою є атомна енергія в Україні. Назвіть АЕС, розташовані в нашій державі.

Географія Рівненська АЕС – м. Вараш, Хмельницька АЕС – м. Нетішин, Запорізька АЕС  -  м. Енергодар, Южно-Українська АЕС  - м. Южноукраїнськ

ЗАДАЧА 4 На якій відстані від м. Миколаєва знаходяться найближчі дві АЕС?

малюнок 1.

РОЗВ’ЯЗАННЯ  Масштаб 1:5000000   1 см відповідає 50 км

1) 4,2∙50=210 км        2) 2,2∙50=110 км

ВІДПОВІДЬ. До Запорізької АЕС–210 км, до Южно-Української АЕС–110 км.

Практична робота «Дослідження ефективності роботи АЕС в Україні»

Заповніть таблицю (завдання з недостатніми даними, проблемне питання) - робота в групах

Рівненська АЕС – м. Вараш – 1 група

Хмельницька АЕС – м. Нетішин – 2 група

Запорізька АЕС  -  м. Енергодар – 3 група

Южно-Українська АЕС  - м. Южноукраїнськ – 4 група

Загальна таблиця

23252800 грн/год·24= 558067200 грн ≈ 560 млн грн. (прибуток всіх українських АЕС за 1 добу)

560 млн грн·365= 204 400 млн грн= 204 400 млн грн (прибуток всіх українських АЕС за 1 рік)

ЗАДАЧА 5 АЕС - прибуткові чи збиткові? Як дізнатися - які витрати мають АЕС?

РОЗВ’ЯЗАННЯ  Витрати: - ядерне паливо; - обслуговування реакторів; - захоронення ядерних відходів; - безпека. Скільки ж все це коштує? Як порахувати?

ВІДПОВІДЬ  ???

Хімія   Щоб розібратись в усіх цих речах нам потрібно заглибитись у ще одну природничу науку – хімію. Насправді чіткої межі між хімією та фізикою просто не існує. Найяскравішим прикладом цього твердження стала самовіддана наукова діяльність найвідомішої жінки-фізика…

Про кого йде мова?

Марі́я Склодо́вська-Кюрі́ (7 листопада 1867 — 4 липня 1934) — польська та французька науковиця, фізик, хімік, педагог, громадська діячка. Нагороджена медаллю Деві (1903) і відзначена Нобелівською премією з фізики (1903) разом з Антуаном Беккерелем та Нобелівською премією з хімії 1911 року. Робота з радіоактивними речовинами відчутно позначилася на здоров'ї Марії Кюрі. Фактично вонв стала першою жертвою радіоактивності.

Обслуговування реакторів.  Як відбувається ядерна реакція в реакторах на АЕС? Чому її називають ланцюговою?  Ядра урану-235 (U235) часто діляться на дві частини і при цьому вони виділяють два-­три нейтрони (n), які розлітаються у різні боки. Коли ж ці нейтрони зіштовхуються з іншими ядрами урану-235, то ті під дією нейтронів також діляться і так само випускають два­три нейтрони. Новоутворені нейтрони знову зіштовхуються з іншими ядрами урану­-235, і здійснюється черговий поділ ядер. Такий процес називається ланцюговою реакцією поділу ядер.

Ядерне паливо. Східний гірничо-збагачувальний комбінат — державне підприємство, один з 28 уранодобувних центрів світу, серед яких він перебуває в першій десятці, а також є найбільшим в Європі. Єдине в Україні підприємство, що забезпечує видобуток природного урану і виробництво його оксидного концентрату. Розташовано в місті Жовті Води. Видобуток уранової руди здійснюється також в Кіровоградській та в Миколаївській областях. Готове пальне для реакторів Україна закуповує в Росії, Швеції і США.

 Зберігання відпрацьованого ядерного палива

Період піврозпаду  Кожен радіоактивний елемент має свій період напіврозпаду. Він може тривати як мільйони років, так і частки секунди. Знову ж все залежить від типу радіоактивного елемента. Трансуранові елементи – радіоактивні хімічні елементи, що розташовані в періодичній системі елементів Д. І. Менделєєва після урану, тобто мають атомний номер більше 92. Серед них в зоні відчуження сьогодні наявні радіоізотопи 244Cm (кюрій) з періодом напіврозпаду 18 років, 241Am (америцій) - 430 років, 238Pu (плутоній) – 88 років, 239Pu – 24 тис. років, 240Pu – 6,5 тис. років та 241Pu (бета-випромінювач) - 14,4 років.

Безпека.  Справжня ціна ядерної енергії.

Біологія   Вплив радіації на здоров’я та життя людини

Радіоактивне опромінення клітин живих організмів змінює їхню здатність відновлюватися, що може призвести до загибелі, пошкодження або неправильного відновлення. Воно також може спричинити мутації у ДНК, які, якщо не відновляться, врешті призводять до розвитку пухлин.

Високі дози радіації, отримані за короткий проміжок часу від контакту з радіоактивними матеріалами, призводять до серйозних наслідків – опіків, гострої променевої хвороби (ГПХ), численних патологій, що можуть проявитися протягом тривалого часу, і навіть смерті.

Екологія   Комп’ютерна презентація 3 «Аварії на АЕС»

Яка АЕС не згадується в презентації?

Комп’ютерна презентація 4  «ЧАЕС»

Як вирішують проблеми, пов’язані з ЧАЕС?

Відео 1 «Укриття ЧАЕС»   https://youtu.be/5tGh00yZwCU

Чи варто знати все, що пов’язане з аварією на ЧАЕС?

Відео 2 Трейлер до серіалу «Чорнобиль» https://www.youtube.com/watch?v=_bXwI5dhXRk

6 .   Узагальнення та систематизація вивченого.

Комп’ютерна презентація 5

«АЕС в Австрії і Німеччині. Проєктний термін експлуатації АЕС України»

Що спільного на вашу думку у цих двох АЕС в Австрії і Німеччині?

Спільним є те, що ці дві повністю збудовані електростанції ні хвилини не працювали! Уряди Австрії та Німеччини, зваживши на екологічні ризики і економічні витрати, пов’язані з їх експлуатацією, вирішили, що вигідніше забути про мільярди, вкладені у будівництво та взагалі не розпочинати їх роботу!

В останньому слайді зверніть увагу на останню колонку таблиці «Проєктна дата закінчення терміну експлуатації».

Порахуйте скільки енергоблоків на українських АЕС ще спроможні працювати? На скільки безпечною є експлуатація модернізованих енергоблоків, експлуатацію яких продовжили?

ЗАДАЧА 6 У процесі виробництва електроенергії на АЕС утворюються радіоактивні відходи, які залишатимуться небезпечними десятки тисяч років. Всього Україна накопичила 120 млн м³ твердих та рідких відходів. Переробка 1 дм³ за світовими цінам коштує $50. Скільки це коштуватиме країні?

РОЗВ’ЯЗАННЯ 120 млн м³=120000000000 дм³, 120000000000∙50=6000000000000 $

ВІДПОВІДЬ Це означає, що Україна має витратити не менше $6 трлн. на умовно безпечне зберігання цих відходів. Таким чином, проблема перекладається на майбутні покоління.

7 .   Підсумки уроку.

ЗАПИТАННЯ АЕС прибуткові чи збиткові? (порівняйте витрати на утилізацію ядерних відходів із прибутками українських АЕС; важливо! – це витрати лише на утилізацію)

Чи дешева атомна електроенергія? (навіть не заповнивши колонки «Витрати» і «Баланс» в практичній роботі ми вже можемо визначити ефективність роботи АЕС)

Тобто дешевизна атомної енергетики - міф. Ми просто перекладаємо свої витрати (величезні!) на наступні покоління.

В 2015 році Нобелівську премію з літератури присудили білоруській письменниці українського походження Світлані Алексієвич.

«…Чорнобиль відкрив безодню, щось таке, що далі  навіть Колими, Освенціма, Голокоста. Людина із сокирою і луком, або людина з гранатометом і газовими камерами не змогла убити всіх. Але людина з атомом… Це не реактор вибухнув, а вся попередня система цінностей…

Всі ми – продавці апокаліпсису…»

Ви, учні, - майбутнє нашої країни. Ви будете її розбудовувати. Ви розвиватимете Україну як робітники, інженери, чи просто – як виборці. Завжди зважуйте, як кожна ваша дія чи бездіяльність вплине на процвітання держави, ваш добробут і щасливе життя ваших нащадків.

Використані джерела:

https://uare.com.ua/novyny/566-mifi-pro-atomnu-energetiku.html

https://youtu.be/5tGh00yZwCU

https://www.youtube.com/watch?v=_bXwI5dhXRk

Атомна індустрія України (Експертний огляд) Bellona