Урок "Енергетична основа життєдіяльності людини. Загальні відомості про енергію"

ВИЩЕ ПРОФЕСІЙНЕ УЧИЛИЩЕ №7

АНОТАЦІЯ

У методичній розробці розглянуто види та фізичні форми енергії, енергетичну основу життєдіяльності людини, енергетичні епохи. У матеріалах розкрито взаємозалежність понять «енергоефективність» та «енергозбереження».

Методична складова роботи містить обґрунтування доцільності використання методів та прийомів відповідно до етапу уроку та життєвого і практичного досвіду учнів.

ВСТУП

Енергія є основою життя людського суспільства і його прогресивний розвиток пов'язаний з безпосереднім зростанням енергоспоживання. Це споживання зросло протягом минулого століття більш ніж у 100 разів.

На порозі третього тисячоліття людство все більше усвідомлює свою відповідальність за збереження довкілля, за чистоту нашої планети. Використання лише традиційних джерел енергії (нафти, газу, ядерного палива) руйнує і забруднює землю, водні ресурси й повітря. Поряд з традиційною енергетикою повинна інтенсивно розвиватися вітроенергетика, сонячна енергетика, біоенергетика.

Сьогодні, без сумніву, основною економічною проблемою у світі є енергетична криза. Соціально-економічний розвиток кожної країни, зокрема України, залежить від теперішнього і майбутнього стану її енергетики.

Ще донедавна доступність дешевої енергії була запорукою високого рівня життя цивілізованої частини світу. До певної міри існує прямий зв’язок між матеріальним добробутом суспільства й енергоспоживанням, але далі ситуація ускладнюється – політична влада, технологічний процес починають відігравати помітну роль.

З підвищенням життєвого рівня потреби людини зростають. Так, інтенсивний розвиток транспорту зробив доступним практично будь-який куточок Землі. Тільки в Україні транспорт споживає близько 10 мільйонів тонн бензину та дизельного палива щороку. Великі торгівельні центри потребують потужних морозильних установок, опалення й вентиляції. Все це збільшує споживання енергії. У домашньому господарстві активно використовуються енергоємні прилади, що виконують частину роботи замість людини: пилосос, посудомийна машина, сушки для білизни, автоматичні двері і ще багато прикладів того, як електрична сила замінила людську. Багато аспектів нашого способу життя демонструють, наскільки ми залежимо від наявності електроенергії.

УРОК №2

Тема уроку. Енергетична основа життєдіяльності людини. Загальні відомості про енергію (1 год.)

Мета уроку:

навчальна - пригадати історичний розвиток винайдення енергії; розглянути енергетичну основу життєдіяльності людини; синтезувати знання про види та фізичні форми енергії, властивості певних видів енергії; сформулювати основні позиції енергозбереження;

розвивальна - розвивати екологічне мислення, відповідальне ставлення до енергетичних ресурсів та навколишнього середовища;

виховна - виховувати бережливе ставлення до навколишнього середовища та енергетичних ресурсів.

Очікувані результати.

Учні знають:

• види та фізичні форми енергії;
• часові рамки та назви енергетичних епох;
• сутність понять «енергоефективність» та «енергозбереження»;
• вартість електроенергії.

Учні вміють:

• наводити приклад використання видів енергії відповідно до професійних дій;
• давати характеристику енергетичним епохам, визначати причинно-наслідкові зв’язки;
• визначати взаємозалежність понять «енергоефективність» та «енергозбереження»;
• проводити розрахунки кількості споживаної електроенергії та грошових витрат за неї.

Методична мета: продемонструвати технологію використання змінних форм навчання з метою підтримання бінарного зв’язку на уроці.

Тип уроку: комбінований.

Забезпечення уроку: план-конспект уроку, відеоролик «Енергія: збережемо її», презентації «Енергетична основа життєдіяльності людини», «Жива електрика», «Винайдення парової машини».

Методи та прийоми: бесіда, розповідь, усне фронтальне опитування, розв’язування задачі, історична сторінка, «ментальна карта», випереджувальне завдання, «дзеркало».

Міжпредметні зв’язки: екологія, історія, фізика, математика, електротехніка.

Інформаційні джерела:

1. Енергія навколо нас. Посібник для вчителів/Коченков А.Є., Федосенко М.М., Шилович І.Л. та інші.-К.;Київ, нотка ф-ка 1999г.-192с.
2. Енергозбереження. Посібник з раціонального використання ресурсів та енергії для учнів загальноосвітньої школи. Київ.-2004г.-104с.

ПЛАН

І. Організаційний момент

1.1. Вітання

1.2. Перевірка присутніх

ІІ. Етап актуалізації уваги

2.1. Перевірка рівня сформованості знань попереднього уроку

2.2. Етап мотивації

ІІІ. Формування нових знань

3.1. Загальні відомості про енергію

3.1.1. Повна механічна енергія

3.1.2. Теплова енергія

3.1.3. Електрична енергія

3.1.4. Ядерна енергія

3.2. Енергетичні епохи

3.2.1. Епоха енергії м’язів (біологічної енергії) або епоха мускульної енергетики

3.2.2. Епоха механічної енергії

3.2.3. Епоха хімічної теплоенергетики

3.2.4. Епоха комплексної енергетики

3.2.5. Епоха збалансованої енергетики

ІV. Узагальнення та систематизація знань

Впізнай себе

V. Підведення підсумків

5.1. Що може зробити кожен?

5.2. Повідомлення та обґрунтування оцінок

5.3. Повідомлення домашнього завдання

ХІД УРОКУ

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ

1.1. Вітання

1.2. Перевірка присутніх

ІІ. ЕТАП АКТУАЛІЗАЦІЇ УВАГИ

2.1. Перевірка рівня сформованості знань попереднього уроку (фронтальне опитування)

^{Методичний коментар}. Перевірка знань відбувається методом фронтального опитування. Мета цього етапу – не отримання/виставлення оцінок, а осмислення отриманої раніше інформації (учні) та окреслення подальшої траєкторії ведення уроку (викладач).

Запитання для учнів

1. У якому році було прийнято Закон України «Про енергозбереження»?
2. Що констатує ст. 7 Закону України «Про енергозбереження»?
3. Коротко охарактеризуйте стан енергозбереження у ВПУ №7.

2.2. Етап мотивації (мотиваційна розповідь)

^{Методичний коментар}. Викладач повідомляє тему програми і уроку, навчальну мету та план (учні записують).

На даному етапі використовується мотиваційна розповідь, що допоможе націлити учнів на усвідомлене отримання інформації.

План уроку. 1. Загальні відомості про енергію

   2. Енергетичні епохи

В усі часи люди використовували і використовують багато енергії. Енергія необхідна для існування будь-якої з форм життя та усіх типів цивілізацій. Існує прямий зв'язок між обсягом енергії, що використовується, і рівнем розвитку цивілізації.

Як і для давніх людей, так і для нас, сучасних споживачів, енергія є засобом поліпшення якості життя. Ми вже усвідомили, що будь-яка діяльність, незалежно від її природи, передбачає використання енергії. За своєю природою людина надто слабка фізично. Але люди мають здатність мислити, і це дозволяло їм протягом усієї історії існування створювати різноманітні пристосування, аби використовувати джерела енергії, потужніші за м'язову енергію, аби з їх допомогою досягти бажаних результатів.             

Потреби в енергії в минулому, сьогоденні й майбутньому визначаються трьома основними процесами: темпом зростання чисельності населення, рівнями економічного і технологічного розвитку. Вчені прогнозують неухильне збільшення енергоспоживання.

Сьогодні наше помешкання – це здебільшого величезний супермаркет побутової техніки, використовуючи яку ми навіть і здогадуємося, яких матеріальних втрат зазнає гаманець наших батьків.

Очікувана відповідь. Для міського населення за обсяг, спожитий до 150 кВт*год. (включно) електроенергії на місяць – 30,84 коп. за 1 кВт*год., 150 кВт*год. – 800 кВт*год. (включно) - 41,94 коп. за 1 кВт*год.

^{Методичний коментар}. Використання життєвого досвіду учнів допоможе включити аудиторії до осмисленої діяльності. Використання прикладів, які зрозумілі учням, допоможуть отримати успішний результат. Дуже важливо, щоб учень розумів те, про що йде мова. Використання прийому «картина» допоможе візуалізувати подання інформації та слугує умовою до задачі, яку необхідно розв’язати.

Розв’язок

Ми бачимо, що грошові затрати за споживану електроенергію є значними, а це ж без врахування інших «розкішних» приладів. Як же зменшити ці затрати?

ІІІ. ФОРМУВАННЯ НОВИХ ЗНАНЬ

3.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЕНЕРГІЮ

^{Методичний коментар}. Вивчаючи дане питання викладач спирається на знання учнів, які вони набули в школі, а також на уроках фізики, хімії, електротехніки з основами промислової електроніки Учні вже знають: сутність поняття «енергія», основні види енергії, приклади щодо використання певних видів енергії.

Тому доцільно урок розпочати з бесіди.

Запитання до учнів. Що таке енергія?

Очікувана відповідь. ЕНЕРГІЯ – це міра різних форм руху матерії та є характеристикою стану системи (тіла) і визначає максимальну роботу, котру може виконати тіло (система). Тобто, енергія – це міра здатності тіл до взаємодії.

Запитання до учнів. Назвіть одиниці вимірювання енергії.

Очікувана відповідь. Енергія вимірюється в джоулях (Дж).

ДОВІДКА

Один поштовх серця потребує енергії приблизно в 1 Дж.

Щоб закип’ятити воду для горнятка кави, необхідно, як мінімум, 72000 Дж. У побуті електроенергія вимірюється у кіловат-годинах (кВт*год.). 1 кВт*год. - це приблизно та кількість енергії, яка потрібна, щоб розігнати 10-тонну вантажівку з місця до швидкості 100 км/год. Стільки ж енергії даремно витрачає за добу залишена увімкненою в кімнаті 40-ватна лампа.

Енергія виявляється в різних видах та фізичних формах видах.

^{Методичний коментар}. Завдання викладача – систематизувати набуті раніше знання, тому доцільно використати стратегію «ментальна карта». Дана стратегія спонукає учнів вільно думати і відкрито висловлюватися на певну тему (наприклад, «види енергії»), спрямована на стимулювання мислення про зв’язки між окремими поняттями. На карті наводиться ключове слово, завдання учнів – підібрати слова (категорії), що пов’язані з даним словом (енергія – види енергії).

Ментальна карта – карта розуму, або карта пам'яті, думок - діаграма на якій відображають слова, ідеї, завдання, або інші елементи, розташовані радіально навколо основного слова або ідеї. Використовуються для генерування, відображення, структурування та класифікації ідей, і в якості допоміжного засобу під час навчання, організації, розв'язання проблем, прийняття рішень.

Завдання для учнів. Використовуючи ментальну карту, пригадайте, які існують види енергії, дайте коротку характеристику.

МЕНТАЛЬНА КАРТА «Види енергії» (шаблон)

Очікувана відповідь.

МЕНТАЛЬНА КАРТА «Види енергії»

Наведемо коротку характеристику деяких видів енергії.

^{Методичний коментар}. За допомогою нелінійного подання інформації (гіпертекстових посилань) в презентації викладача «Енергетична основа життєдіяльності людини» є змога візуально сприятливо доповнювати інформаційну складову уроку (розповідь викладача, відповіді та повідомлення учнів).

Акцент робиться на деяких видах енергії: повна механічна, теплова, електрична, ядерна. Відомості саме про ці види енергії будуть фундаментом вивчення предмета «Основи енергоефективності).

У спілкуванні з учнями пріоритетним є бінарний зв'язок. Схема проведення уроку: запитання – відповідь – доповнення (факт, історична довідка).

3.1.1. ПОВНА МЕХАНІЧНА ЕНЕРГІЯ

Запитання до учнів. Що таке механічна енергія?

Очікувана відповідь. МЕХАНІЧНА ЕНЕРГІЯ - проявляється при взаємодії, русі окремих тіл або часток. До неї відносять енергію руху або обертання тіла, енергію деформації при згинанні, розтягуванні, закручуванні, стисненні пружних тіл (пружин). Ця енергія найбільш широко використовується в різних машинах - транспортних і технологічних.

Запитання до учнів. З яких видів енергії складається повна механічна енергія?

Очікувана відповідь. Повну механічну енергію складають кінетична та потенціальна енергія.

КІНЕТИЧНА ЕНЕРГІЯ - енергія руху. Чим швидше рухаються тіла, тим більшою енергію вони володіють.

ПОТЕНЦІАЛЬНА ЕНЕРГІЯ - енергія взаємодії. До неї належать: енергія мас, що притягуються за законом всесвітнього тяжіння; енергія розташування однорідних частинок, наприклад, пружного деформованого тіла (пружини чи м’яча); теплова енергія; хімічна енергія. Вона залежить від розміщення тіл відносно одне одного, тому можна сказати, що потенціальна енергія - це енергія розташування.

Запитання до учнів. Пригадайте основну властивість потенціальної енергії.

Очікувана відповідь. Основна властивість потенціальної енергії: у стані рівноваги потенціальна енергія набуває мінімального значення.

3.1.2. ТЕПЛОВА ЕНЕРГІЯ

ТЕПЛОВА ЕНЕРГІЯ - енергія невпорядкованого (хаотичного) руху і взаємодії молекул речовин.

Найпершим джерелом енергії , який людина поставив собі на службу, були звичайні дрова для печерного багаття. Коли первісні люди відкрили для себе вогонь, це стало революцією в їхньому житті.

Запитання до учнів. Завдяки яким реакціям може виділятися теплова енергія?

Очікувана відповідь. Теплова енергія може виділятися завдяки:

• хімічним реакціям (горіння);
• ядерним реакціям (ядерний розпад і синтез);
• механічним взаємодіям (тертя).

З точку зору енергоефективності, теплова енергія - це товарна продукція, призначена для купівлі-продажу, що виробляється на об'єктах сфери теплопостачання для опалення, підігріву питної води, інших господарських і технологічних потреб споживачів.

3.1.3. ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГІЯ

ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГІЯ – рух електронів по електричному ланцюзі.

Електрична енергія застосовується для отримання механічної енергії з допомогою електродвигунів і здійснення механічних процесів обробки матеріалів (подрібнення, перемішування); для проведення електрохімічних реакцій; одержання теплової енергії у електронагрівальних пристроях і печах; для безпосередньої обробки матеріалів (електроерозійна обробка).

Електричну енергію отримують шляхом перетворення інших видів енергії. Її джерелами може бути хімічна енергія, механічна енергія, наприклад, води чи вітру, ядерна енергія, теплова енергія, світлова енергія.

Запитання до учнів. Чому потрібно зберігати електричну енергію? Чи можна вирішити питання таким чином, що побудувати якомога більше електростанцій та й витрачати енергії скільки заманеться?

Очікувана відповідь. На сьогоднішній день структура світового енергогосподарства склалася таким чином, що чотири з п’яти кіловат отримуються завдяки тому що спалюється паливо: вугілля, нафта, газ. А ми знаємо, що запаси палива обмежені, вони не безкінечні і скоро закінчаться.

Запитання до учнів. Які є альтернативні види електричної енергії, тобто види енергії які можна переробити на електричну?

Очікувана відповідь. Енергія сонця, повітряних мас, вітру, надр Землі, морських хвиль, морських приливів та відливів, енергія вулканічного та геотермального походження, теплова енергія океану. Відтворення на Землі процесів, які протікають у зорях,та мають її колосальні запаси енергії, біоенергетика, енергія різниці в температурах між морською водою і холодним повітрям.

ДОВІДКА

1 кВт зекономленої електроенергії дає змогу виготувати:

• 50 зошитів по 24 арк.;
• 7 підручників;
• 1 пару взуття;
• 30 000 ручок;
• 40 000 олівців;
• 50 000 пласт. лінійок.

Запитання до учнів. Які переваги електричної енергії перед іншими видами енергії?

Очікувана відповідь. Електрична енергія найбільш універсальна, вона легко перетворюється в механічну, теплову, хімічну, світову. Електричну енергію можна досить просто передавати на великі відстані без значних витрат.

Запитання до учнів. Вивчаючи закони електрики і дивлячись на різноманіття їх застосування в техніці, мимоволі задаєш собі запитання: наскільки широко сама природа використовує ці закони?

Чи зустрічається електрика у природі?

^{Методичний коментар}. Використовуючи випереджувальне завдання було підготовлено учнівське повідомлення та презентацію «Жива електрика».

Учень презентує результати своєї роботи.

УЧНІВСЬКЕ ПОВІДОМЛЕННЯ

ЖИВА ЕЛЕКТРИКА

Люди вже давно спостерігали дію електричних сил як у живій, так і в неживій природі. Електричні вугри, скати; блискавка – звичні явища.

Перші мандрівники дивувалися з екзотичного способу полювання на південноамериканського електричного вугра. Індіанці заганяли у водойму, де водилися вугрі, стадо коней, і всю силу своїх електричних розрядів небезпечна риба обрушувала на беззахисних тварин. Лише згодом рибалки заходили у воду і вже без страху руками ловили цю незвичайну рибу.

Електричні водяні тварини існують не тільки в Америці. Відомо понад 50 їх видів, і належать вони до різних родин. Про унікальні властивості електричного сома, який водиться у річці Ніл, знали ще давні єгиптяни. Головний біль тодішні знахарі пропонували лікувати прикладанням до хворого місця живого ската.

Усі види електричних риб мають особливий орган, котрий виробляє електрику. За його допомогою тварини полюють, захищаються пристосовуючись до життя у водному середовищі.

Але чому у жодної наземної тварини не виявлено електричного органа?

Причина цього полягає в наступному. Лише вода з розчиненими у ній солями є чудовим провідником електрики, що дає можливість використовувати дію електричного струму на відстані.

У різних видів електричних риб електричні органи відмінні за розмірами та місцем розташування. В електричного сома – це тонкий утвір, що вкриває весь тулуб під шкірою. У вугра – видозмінена частина бокового м`яза (складає половину маси тварини). В електричного ската роду Torpedo електричний орган міститься навколо голови, а в ската роду Raja – поблизу хвоста.

Електричний орган у всіх риб, сконструйовано однаково. Елементарна складова ланка його – електроцит, котрий називають живим генератором електроенергії. Електроцити відокремлено один від одного драглистою масою, ізолятором, як цього вимагають закони електротехніки. Весь електричний орган також ізольований від тіла риби і контактує лише з навколишнім середовищем. Кожен електроцит виробляє напругу 0,02-0,08 В. Електроцити зібрані у стовпчики, котрі групуються в ряди. Така конструкція дозволяє скатові виробляти напругу порядку 400 В, а в електричного вугра – понад 600 В. Потужність таких «електростанцій» під час удару сягає 1000 Вт.

Грім і блискавка, електричні риби – лише маленька частинка з усіх багатоликих виявів електрики. А роль живої електрики виявляється ширшою. Слух, зір, смак, нюх, відчуття дотику – п’ять видів відчуттів, в основі механізму яких лежить електрика.

3.1.4. ЯДЕРНА ЕНЕРГІЯ

ЯДЕРНА ЕНЕРГІЯ – внутрішня енергія атомного ядра, зумовлена ядерними силами, які діють між нуклонами ядра. Вона може виділятись в результаті ядерних реакцій або радіоактивного розпаду ядер, за умови, що в утворених ядрах енергія зв’язку, яка припадає на один нуклон, більша, ніж у початкових ядер. Зокрема, такими ядерними реакціями можуть бути поділ важких і синтез легких ядер.

Запитання до учнів. Яка найбільша проблема використання атомної енергетики?

Очікувана відповідь. Один із головних недоліків використання атомної енергетики – захоронення відходів, що шкодять навколишньому середовищу. Але найбільш істотний недолік – наймасштабніші техногенні катастрофи.

^{Методичний коментар}. Використання «історичних сторінок» на уроках завжди дає ефективний результат. Спираючись на власний інтелект та обізнаність, учні можуть підняти свій авторитет серед колег. Інколи, навіть невстигаючі учні, володіють додатковою інформацією, яку отримали у результаті самоосвіти.

ІСТОРИЧНА СТОРІНКА

Запитання до учнів. Які найбільші аварії на підприємствах атомної енергетики Вам відомі?

Очікувана відповідь. Найбільші аварії на підприємствах атомної енергетики:

1957 рік - аварія в Уїндскейлі (Північна Англія) на заводі по виробництву плутонію (зона радіоактивного забруднення становила 500кв.км);

1957 рік - вибух сховища радіоактивних відходів біля Челябінська, СРСР (радіаційне забруднення переважно стронцієм - 90 території, на якій мешкало 0,5 млн. осіб);

1961 рік - аварія на АЕС в Айдахо-Фолсі, США (в реакторі стався вибух);

1979 рік - аварія на АЕС «Тримайл-Айленд» у Гарисберзі, США (сталося зараження великих територій короткоживучими радіонуклідами, що призвело до необхідності евакуювати населення з прилеглої зони).

Однак найбільшою за масштабами забруднення навколишнього се­редовища є аварія, яка сталася 1986 р. на Чорнобильській АЕС. Внаслідок грубих порушень правил експлуатації та помилкових дій 1986 рік став для людства роком вступу в епоху ядерної біди.

Запитання до учнів. Чи знаєте ви, коли було створено перший ядерний реактор?

Очікувана відповідь. Перший ядерний реактор був створений 2 грудня 1942 року Енріко Фермі в Університеті Чикаго.

Таким чином, основа ядерної енергетики - атомні електростанції, які забезпечують близько 6 % світового виробництва енергії та 13-14 % електроенергії.

Запитання до учнів. Чи знаєте Ви, коли було збудовано першу у світі атомну електростанцію?

Очікувана відповідь. Першу у світі атомну електростанцію було збудовано в СРСР і пущено 27 червня 1954. За даними МАГАТЕ у 2007 році у світі працювало 439 промислових ядерних реакторів, розташованих на території 31 країни.

У 1959 р. в СРСР закінчено будівництво першого у світі криголама «Ленин» з атомним двигуном. На 2012 рік у світі збудовано понад 150 суден з ядерними енергетичними установками.

3.2. ЕНЕРГЕТИЧНІ ЕПОХИ

Запитання до учнів. Коли з’явилася енергія на Землі?

Очікувана відповідь. З виникненням Землі.

Запитання до учнів. Чи всі види енергії, які ми розглянули існували весь час?

Очікувана відповідь. Так, але людина їх відкривала послідовно.

За час свого існування людство пройшло шлях від задоволення елементарних потреб у їжі та житлі тисячі років тому до задоволення найрізноманітніших матеріальних та духовних потреб сьогодні.

Розвиток людства, що пов'язаний з розвитком енергетики, пройшов певні енергетичні епохи. Передумовою переходу від однієї епохи до іншою слугували значимі винаходи людства, що змінили устрій суспільства.

Давайте спробуємо здійснити історичну подорож та з’ясувати, які ж енергетичні епохи прожило людство і що передувало їх змінам.

3.2.1. ЕПОХА ЕНЕРГІЇ М’ЯЗІВ (БІОЛОГІЧНОЇ ЕНЕРГІЇ) АБО ЕПОХА МУСКУЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

Використання енергії в первісному суспільстві було зовсім іншим, ніж зараз. Потреби наших давніх пращурів визначалися значною мірою тим, що вони могли розраховувати тільки на силу власних м'язів. Однак завдяки еволюції людина почала створювати спочатку примітивні, а згодом і складніші знаряддя праці, що розширювали її виробничі можливості.

Запитання до учнів. Спробуйте пригадати, як жили первісні люди, як змінювалося їх життя?

Очікувана відповідь. Древні люди використовували свою мускульну енергію, переносячи її і концентруючи за допомогою знарядь. Багато що можна зробити за допомогою коліс, важелів і клинів, якщо навіть за ними лише людські м'язи. Піраміди Єгипту були побудовані таким чином.

Навіть до початку цивілізації люди навчилися використовувати м'язи тварин для того, щоб доповнювати свою працю. Це у ряді випадків було кроком вперед від використання сили рабів. Тварини були більш слухняні, ніж люди, і тварини могли їсти їжу, яку люди не стали їсти. Енергія деяких тварин більш сконцентрована, і вони можуть застосовувати її з більшою силою, чим людина.

На тварин було покладено функції двигуна.

Головним джерелом енергії була хімічна енергія їжі, яка перетворювалася в силу м’язів людини, а пізніше приручених тварин, для виконання необхідної роботи. Для задоволення побутових потреб таких, як приготування їжі, плавлення металу і т.п., використовувалася енергія сонця та вогню. У більш пізній період цієї епохи сила м’язів людини примножувалася за рахунок використання простих механізмів та штучного добування вогню тертям.

Так, протягом цієї епохи, яка тривала до Х століття, невідновлювані енергетичні ресурси майже не використовувалися і примножувалися.

3.2.2. ЕПОХА МЕХАНІЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Наступною, другою, епохою у розвитку енергетики стало застосування енергії неживої природи.

Запитання до учнів. Механічну енергію яких енергетичних ресурсів використовувало людство у цю епоху?

Очікувана відповідь. Протягом цієї епохи людство почало використовувати (енергію вітру та річкової води) шляхом використання вітряків та водяних коліс. Використання штучно добутого вогню для пічного опалення дозволило людству заселити холодні кліматичні регіони планети.

Так, протягом цього періоду енергетичні ресурси повністю відновлювалися, а навколишнє середовище майже не зазнавало змін внаслідок діяльності людини. Цей період тривав до XVIII століття.

3.2.3. ЕПОХА ХІМІЧНОЇ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКИ

Як вже говорилося, перехід від однієї епохи до іншої знаменується певним винаходом, що став перехідним щаблем для суспільства.

Запитання до учнів. Який винахід XVIII ст. став переходом до 3 епохи?

Очікувана відповідь. Винахід парової машини.

Запитання до учнів. Хто винайшов парову машину?

^{Методичний коментар}. Використовуючи випереджувальне завдання було підготовлено учнівське повідомлення та презентацію «Винайдення парової машини».

Учень презентує результати своєї роботи.

УЧНІВСЬКЕ ПОВІДОМЛЕННЯ

ВИНАЙДЕННЯ ПАРОВОЇ МАШИНИ

Лише на рубежі 17 - 18 століть удалося знайти спосіб робити корисну роботу за допомогою пари.

Перша спроба поставити пару на службу людині була почата в Англії в 1698 році: машина Сейвери призначалася для осушення шахт і перекачування води. Сам винахідник назвав її «вогневою машиною».

Перша вдала парова машина з поршнем була побудована французом Дені Папеном, чиє ім'я частіше асоціюється з винаходом автоклава, що мається сьогодні практично в кожнім будинку у виді каструлі-скороварки.

У 1674 році Папен побудував пороховий двигун, принцип дії якого ґрунтувався на запаленні в циліндрі пороху і переміщенні поршня усередині циліндра під впливом порохових газів.

Машина була не дуже вдалої, але вона навела Папена на думку замінити порох водою. І у 1698 році він побудував парову машину. За допомогою системи блоків парова машина Папена могла пускати в хід різні механізми, наприклад насоси.

У 1712 році Томас Ньюкомен і Джон Калі встановили свою парову машину на вугільній шахті в Стаффордширі.

Машина Ньюкомена виявилася на рідкість вдалою і використовувалася по всій Європі більш 50 років. У 1740 році машина з циліндром довжиною 2,74 м і діаметром 76 см за один день виконувала роботу, яку за тиждень, працюючи позмінно, виконувала бригада з 25 чоловік і 10 коней.

У 1775 році Джон Смітон також створив велику парову машину.

Проект першої у світі парової машини, здатної безпосередньо пускати в хід будь-які робочі механізми, запропонував 25 квітня 1763 року російський винахідник І.І. Повзунов.

Приблизно в цей же час, з 1763 року, в Англії над створенням парової машини працював шотландець Джеймс Уатт. У 1768 році він подав прохання про патент на свій винахід. Патент він одержав, але побудувати парову машину йому довго не вдавалося. І тільки в 1776 році парова машина Уатта була, нарешті, побудована й успішне пройшла іспит.

У 1782 році Уатт створив нову чудову машину - першу універсальну парову машину подвійної дії.

Запатентована Уаттом «ротативна парова машина» спочатку широко застосовувалася для приведення в дію машин і верстатів прядильних і ткацьких фабрик, а пізніше й інших промислових підприємств. Таким чином, парова машина Уатта стала винаходом століття, що поклала початок промислової революції.

^{Методичний коментар}. Викладач узагальнює сказане.

Таким чином, наступна, третя, епоха розвитку енергетики почалася з використання теплоти як джерела механічної роботи. Теплоенергетика виникла на початку XVIII ст. у приватній формі водопідйомних двигунів і стала швидко розвиватися з кінця XVIII ст. у зв'язку з впровадженням в промисловість і транспорт універсального парового двигуна.

Саме цю епоху можна вважати початком екологічної кризи на Землі.

Запитання до учнів. Чому епоху механічної теплоенергетики вважають початком екологічної кризи на Землі?

Очікувана відповідь. Людина почала активно використовувати невідновлювальні джерела енергії (вугілля) тим самим впливаючи на кількісні показники енергетичних запасів та навколишнє середовище.

3.2.4. ЕПОХА КОМПЛЕКСНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

Епоха комплексної енергетики розпочалася наприкінці ХІХ столітті і триває донині. Основним джерелом енергії стає хімічна енергія згоряння органічних речовин (кам’яного вугілля, нафти, газу тощо).

Ця епоха характеризується тим, що людство для задоволення своїх потреб активно використовує невідновлювані джерела енергії, заклади яких формувалися на Землі протягом мільйонів років, супроводжуючи цей процес тотальним забрудненням навколишнього середовища.

Новим етапом у розвитку енергетики, що виникла в середині XX ст., стала атомна енергетика.

Атомна енергія займає одне з провідних місць серед інших енергетичних джерел. За запасами енергії атомні види палива (уран-238 і торій-232) приблизно в 20 разів перевершують усі органічні палива, разом узяті. Це дасть людству на довгий час потужне джерело енергії, необхідне для забезпечення неухильного технічного прогресу. Атомна ера почалася з дня введення в експлуатацію першої в світі атомної електростанції в підмосковному місті Обнінську 27 червня 1954.

ДОВІДКА

Перші дослідження і використання енергії атома пов'язані з ім'ям В.І. Вернадського. Він акцентував увагу на відповідальності вчених перед суспільством, застерігав про наслідки можливого використання атома як фактора самознищення людства.

Як ми бачимо, тенденція використання енергетичних ресурсів, що склалася, набула загрозливого стану і на початку ХХІ століття гостро постало питання використання відновлюваних (альтернативних) енергетичних ресурсів та скорочення обсягів використання невідновлюваних.

Запитання до учнів. Які альтернативні джерела енергії Вам відомі?

Очікувана відповідь. Енергія Сонця, вітру, Світового океану, припливів і відливів, підземних вод, біомас тощо.

Таким чином, людство ще активно використовує невідновлювальні джерела енергії але вже замислюється над неминучістю екологічних та енергетичних катастроф, що спонукає до створення нового енергетичного простору за рахунок активного впровадження альтернативних видів енергії.

3.2.5. ЕПОХА ЗБАЛАНСОВАНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

Вчені виділяють п’яту епоху, яка ще не розпочалася, але вважається єдиною умовою виживання людства в майбутньому. Головна ідея епохи збалансованої енергетики полягає у використанні людством такої кількості енергії, яку можна отримати при використанні відновлюваної енергії сил природи та космосу, та у приведенні навколишнього середовища у динамічну рівновагу. Основним інструментом переходу з існуючої енергетичної епохи до епохи збалансованої енергетики має збереження енергетичних ресурсів (енергозбереження) у всіх сферах життя людини.

Ісландія – найбільш розвинена у використання збалансованої енергетики, єдина країна, яка на 80% використовує відновлювальну енергію (здебільшого енергію гейзерів).

ІV. УЗАГАЛЬНЕННЯ ТА СИСТЕМАТИЗАЦІЯ ЗНАНЬ

Впізнай себе

^{Методичний коментар}. Демонструється відеоролик «Енергія: давайте збережемо її» (3,5 хв.).

Завдання учнів – впізнати себе у поведінці героїв ролика. На даному етапі використовується прийом «дзеркало», що допомагає усім учасникам навчально-виховного процесу побачити себе з боку та зробити відповідні висновки.

V. ПІДВЕДЕННЯ ПІДСУМКІВ

5.1. Що може зробити кожен?

^{Методичний коментар}. Демонструється картина «Мій побут» (рис.2). Викладач підводить підсумок уроку, акцентуючи увагу на свідомій поведінці кожного щодо енергозбереження у власному помешканні.

Рис.2. Картина «Мій побут»

5.2. Повідомлення та обґрунтування оцінок

5.3. Повідомлення домашнього завдання:

• використовуючи навчальний сайт «Енергоефективність та енергозбереження» energovpu7.ucoz.ua повторити матеріал уроку;
• підготувати творчу роботу на одну із тем: «Види та фізичні форми енергії», «Енергетичні епохи», «Енергозбереження у побуті»;
• дати відповідь на одне із запитань:

1. Відомо, що різні риби виробляють різну напругу. Поясніть, чому вугор, який проживає у прісній воді виробляє більшу напругу, ніж скат, що живе у солоній воді?
2. Відомо, що коли блискавка попадає в дуб, то як правило, це призводить до розриву стовбура, а коли блискавка попадає в сосну – то руйнується лише кора. Чому?
3. Статистично встановлено, що в хвойні дерева блискавка влучає рідше ніж в листяні. Дайте пояснення цьому факту.

^{Методичний коментар}. Важливо, щоб домашнє завдання було диференційоване, що дасть змогу більш творчим учням розкрити свої здібності, проявити активність при вивченні предмета.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. http://uchi.ucoz.ru/publ/studentam/osnovy_ehnergosberezhenija/ehnergeticheskie_ehpokhi
2. Бараннік В.О., Земляний М.Г. Енергозбереження - пріоритетний напрям енергетичної політики та підвищення енергетичної безпеки України//36 наук. праць Міжнар. наук.-практ. конф. «Енергоефективність — 2004». — О., 2004. — С . 97—108.
3. Енергія навколо нас. Посібник для вчителів/Коченков А.Є., Федосенко М.М., Шилович І.Л. та інші.-К.;Київ, нотка ф-ка 1999г.-192 с.
4. Енергозбереження. Посібник з раціонального використання ресурсів та енергії для учнів загальноосвітньої школи. Київ.-2004 г.-104 с.
5. Основы энергосбережения. Самойлов М.В., Паневник В.В., Ковалев А.Н.,-Минск, БГЭУ, 2002г.-198 с.
6. Скиннер Б. Хватит ли человечеству земных ресурсов? - М.: Мир, 1989. - 264 с.