Раздел: Физика
Учебный год: 2015 / 2016
Руководитель: Семененко Надежда Михайловна, учитель физики
Материалы работы: 610411.7z * (6,2 МБ)
Описание работы:
Проект направлен на изучение возможностей использования экологически чистого источника энергии, сбор и анализ характеристик солнечных и ядерных батарей для удовлетворения энергетических потребностей человека.
Технические требования:
Microsoft Office Word 2003 Microsoft Office PoWer Point 2003
Идёт приём заявок
Подать заявку 
Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
лицей №4 города Данкова Липецкой области.
Секция естественных наук.
Исследовательский проект по физике на тему:
учащиеся 8-г класса
Анохина Нина Алексеевна,
2) Методы, предмет, цель, задачи, гипотеза…………………………………стр 3
1) 2013 год – год охраны окружающей среды……………………………… стр 3
2) Альтернативная энергия………………………………………………… .стр 3-4
6) Электрический ток в металлах………………………………………… стр 6-7
4. Практическая часть.
1) Получение напряжения из картофеля…………………………………… стр 7
2) Какие из веществ дают большее напряжение………………………… стр 8
3) Получение напряжения из лимона……………………………………… стр 8
4) Выводы из проведённых экспериментов……………………………… стр 9
5) Получение чистого биотоплива……………………………………… стр 9
6. Список используемой литературы…………………………………………… стр 11
6. Приложение 1 (презентация).
Экологическая обстановка – пожалуй, самая актуальная проблема 21 века. Не случайно указом Президента РФ В.В.Путина 2013 год в России был объявлен Годом охраны окружающей среды. В современном мире человечество нуждается в электрической энергии каждый день. Она нужна как большим предприятиям, так и в быту. На её выработку тратится много средств, поэтому счета за электроэнергию ежегодно растут. Те предприятия, которые могут вырабатывать дешёвую электроэнергию, наносят большой вред экологии, который потом отражается на нашем здоровье и окружающей среде. А те предприятия, которые вырабатывают более экологически чистую электроэнергию, как, к примеру, гидроэлектростанции, требуют больших затрат. В экологическом рейтинге субъектов России Липецкая область находится на 20 месте. Всего в списке 83 региона РФ. Объём вредных выбросов с промышленных предприятий в атмосферу Липецкой области в 2013 году составил от 366200 до 378000 тонн, а от автотранспорта – от 154000 до 210000 тонн. Это очень пагубно влияет на здоровье людей. Поэтому мы и взяли эту тему.
МЕТОДЫ исследования: Определить экологически чистые виды энергии при помощи анализа литературы, проведения исследований, наблюдений, обработки полученных экспериментальных данных и теоретического обобщения.
ПРЕДМЕТ исследования: альтернативные источники энергии, биотопливо.
ЦЕЛЬ исследования: определить экологически чистый способ добычи электрической энергии из подручных, мало затратных средств.
ЗАДАЧИ: Научиться измерять напряжение с помощью вольтметра и авометра; исследовать от чего зависит напряжение; провести эксперименты по выведению биотоплива; определить факторы, влияющие на напряжение; сделать выводы и разработать рекомендации по применению полученных знаний.
ГИПОТЕЗА: Можно найти дешёвую экологически чистую добычу электроэнергии.
Об электричестве люди знали уже в 1700 году, но добывать его в гигантских масштабах научились только 100 лет назад. Его добывали из тепла, силы воды, внутренней энергии атома, силы ветра. Электростанций много и каждая наносит вред экологии. На их строительство и обслуживание требуется много средств. Из чего же тогда вырабатывать электроэнергию? В основе принципа электробатарейки или аккумулятора – это кислота и взаимодействующий с ним металл. Эту кислоту создают в лабораториях. Но кислота содержится и в других веществах. К примеру в лимоне, яблоках, апельсинах, картофеле, солёных помидорах и огурцах… Альтернативная энергия – совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако, представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии. Все большую популярность в мире приобретают альтернативные источники энергии. Их преимущество заключается в возобновимости энергетических ресурсов. К таким источникам можно отнести: энергию солнца, энергию ветра, энергию приливов, глубинное тепло Земли, топливо из биомассы.
Уже построены гелиостанции в США (Калифорнии). Они имеют экономические показатели, не уступающие станциям других типов. В ряде стран созданы геотермальные станции — в США (станция Гейзерс в США имеет мощность 1 млн. кВт), России, на Филиппинах и в Италии; приливные — во Франции, Канаде, России и КНР; ветровые — в США и Дании. 1
Созданием топлива из биомасс активно занимаются практически во всем мире и даже есть страны, которые уже перешли на этот вид топлива в определенной мере (в Финляндии потребности в горючем уже на 20% удовлетворяются за счет биотоплива, а лидирует в ЕС по использованию биомассы в качестве источника энергии Германия). Конечно, надо понимать, что на то, чтобы полностью заменить ту же нефть (применение) биотопливом должен пройти определенный срок. А пока необходимо проводить дальнейшие исследования в этой области. Но уже сейчас можно увидеть основные преимущества биодизельного топлива: в выхлопе гораздо меньше токсичных отходов, сажи (на 50%) и выбросов СО и СО 2 ; оно дешевле нефтепродуктов; может использоваться как в чистом виде, так и в смеси с привычным топливом; в смеси пригодно для любого дизельного двигателя практически без переделки; само по себе значительно безопаснее для окружающей среды, чем обычное топливо (менее токсично, чем обычная поваренная соль); легко разлагается микроорганизмами (на 90% за 3 недели); продлевает жизнь двигателя (не образуется нагар в цилиндрах); не имеет неприятного запаха.
Энергия солнца.
Часто говорят, что новое — хорошо забытое старое. Как ни странно, к солнечной тепловой энергии эти слова тоже относятся. Раскопки археологов показали, что в стенах бань и некоторых других построек Древнего Рима были проложены каналы, по которым проходил теплый воздух от нагреваемой солнечным излучением части зданий и создавал комфортную температуру во всех помещениях. Хотя многие из нас этого и не подозревают, способ получения электроэнергии из солнечного света известен более ста лет. Явление фотоэлектричества впервые наблюдал Эдмон Беккерель в 1839г. Проводя серию экспериментов по электричеству, он погрузил 2 металлических электрода в проводящий раствор и подвергал установку воздействию солнечного света. Между электродами возникло небольшое электрическое напряжение. Появление в начале 50-х годов солнечных элементов, разработанных в лаборатории Белла, произвело революцию в электронной промышленности. Космическая индустрия была бы без них практически беспомощна. Легкие солнечные генераторы энергии позволили совершенно по-иному подойти к проблеме создания искусственных спутников Земли. Кроме того, солнечная энергия может использоваться в солнечных домах. Солнечные установки могут быть предназначены для отопления и горячего водоснабжения жилых домов. Солнечные энергетические установки способны сэкономить дорогостоящее минеральное топливо, благодаря разумному использованию энергии солнечного излучения. Представление о солнечном доме (доме, в котором теплохладоснабжение и горячее водоснабжение, осуществляемое при помощи солнечной энергии) стало широко известно. Наверное, самым идеальным примером такого дома является традиционный японский дом. Что летом, что зимой там всегда вполне приемлемая температура для проживания. Но настоящих солнечных домов, где полностью отработана система отопления и охлаждения, еще сравнительно немного, и сделать их экономически оправданными совсем не просто. Однако очевиден тот факт, что природных запасов нефти и угля на земном шаре не хватит на длительный срок и дальнейшая техническая программа неразрывно связана с необходимостью экономии энергии.
В конце 80-х годов наиболее распространенными предметами личного обихода, в которых использовалась солнечная энергия, были "солнечные кухни". Даже существовали специальные портативные солнечные кухни, которые можно было брать с собой в морское путешествие или в экскурсию в горы (производили Франция, Швейцария). В это же время в Японии были созданы электрические панели, солнечные фотоаппараты, радиоприемники, портативные солнечные батареи, "солнечные светильники.
Ветровая энергия
Впервые энергия ветра была использована, по-видимому, для передвижения парусных судов, а позднее — для подъема воды и размола зерна. Считается, что в Китае, Японии и Тибете первые ветряные двигатели были построены более 2 тысяч лет назад. Древние вавилоняне использовали их для осушения болот. В Египте и на Ближнем Востоке строили ветряные водоподъемники и мельницы.
Но толком ветряной энергией стали заниматься гораздо позже. В России этот вид энергии стал объектом для исследований только после революции. В связи с началом электрификации сельского хозяйства была организована работа по созданию ветроэлектрических станций (ВЭС). Уже в 1930г. была спроектирована, а в 1931г. сооружена в Крыму первая в мире ВЭС Д30 мощностью 100кВт. Станция проработала до 1942г. и давала энергию в электрическую сеть Севастопольэнерго. А в 1956г. было произведено более 9 тысяч ветродвигателей. За рубежом наиболее широкое применение ветроустановки нашли в Австралии, Новой Зеландии, Латинской Америке, Греции и др. Ветер — 1 из наиболее мощных энергетических источников, который при благоприятных условиях может быть широко использован в народном хозяйстве. Он возникает вследствие постоянной циркуляции перемещения воздушных масс в атмосфере, вызванной неравномерным нагревом солнцем земной поверхности. Ветер — даровой энергетический источник. Поэтому у некоторых еще бытует мнение, что и энергия, полученная с помощью ветродвигателей тоже практически "дешевая". Особенность ветра как энергетического источника заключается в его непостоянстве, большой изменчивости скорости, а отсюда и энергии (в силу ряда метеорологических факторов (возмущение атмосферы, изменение солнечной активности и количество тепловой энергии, поступающей на землю), а также из-за влияния рельефных условий в данной местности скорость и направление ветра изменяются по случайному закону). Большое государственное значение имеет экономия минерального топлива и охрана окружающей среды от загрязнений. Наиболее широко ветроустановки могут применяться в сельском хозяйстве для зарядки аккумуляторных батарей, опреснения минерализованных вод, откачки воды для питьевых нужд.
Этот вид энергии имеет большие преимущества перед другими видами, поскольку он относительно дешевый и практически безвреден для окружающей среды. Естественно, что это не могло остаться незамеченным и многие страны уже активно занимаются исследованиями в этой области:
Кипр. В связи с непрерывным ростом цен на нефть, на Кипре все активнее обсуждалась возможность использования в качестве альтернативы нефти биодизельное или другие разновидности топлива, получаемые из биомассы. Уже к концу 2005г. был подготовлен план поставок такого топлива и частичный перевод на него автомобилей с дизельным двигателем. Его станут получать из кукурузы, сои, хлопка, жмыха, остающегося после отжима масла из оливок. Япония. В Токийском технологическом институте недавно запатентован метод преобразования растительного масла в биодизельное топливо с использованием катализаторов, в десятки раз гораздо более дешевых, чем применяемые ныне. Любое растительное масло может служить автомобильным топливом, но для этого входящие в его состав жирные кислоты надо превратить в эфиры. Японские ученые получили пригодный для много кратного использования катализатор — твердую кислоту из обычного сахара. Теперь, по мнению авторов открытия, наладив промышленный выпуск катализатора, можно будет приступать к массовому производству дизельного топлива из возобновляемого сырья. США. На конкурсе экологически чистых транспортных средств "Солнечный тур", прошедший летом 2005г в штате Нью-Джерси, среди машин на альтернативном топливе победил автомобиль "Вегетарианец", работающий на отходах школьной столовой. Этот автомобиль создали студенты Центральной школы из городка Трентон (штат Нью-Джерси). Точнее они переоборудовали старенький "Фольксваген Гольф" 1985г. выпуска, приспособив его двигатель к работе на биодизельном топливе собственного рецепта и изготовления. Как выяснилось, технология производства биотоплива, разработанная студентами, безопасна для окружающей среды и безотходна. Даже для перемешивания использованного кукурузного масла из студенческой столовой со щелочью, метанолом и этанолом они приспособили смеситель из солнечной энергии. А из выделенного в процессе производства топлива глицерина получали мыло, которое нашло применение тут же, в студенческом гараже. Все больше американцев предпочитают следовать примеру этих студентов. Многие американцы договариваются с расположенными поблизости кафе или ресторанами и забирают у них использованное масло. С 2005г. в стране стремительно формируется рынок альтернативного автомобильного топлива, и в США уже появились компании, которые оптом скупают в ресторанах отработанное масло и продают его автомобилистам, по цене 20-25 центов за литр, что, впрочем, в два с лишним раза дешевле обычного топлива.
В Белгородской области весной 2005г. прошли первые испытания тепловоза с дизельным двигателем, адаптированным и работающем на рапсовом масле. И все тепловозы, приписанные к местной железной дороге, рассчитывают перевести на топливо из рапса.
Большие надежды за рубежом возлагают на получение энергии из биомассы, содержащей различные сахара, путем ее сбраживания с получением спирта (этанола). В Бразилии разработана национальная программа использования этанола, полученного из сахарного тростника, для замены почти четверти потребляемого в стране бензина. Уже сегодня около 10% продаваемого там бензина содержит 10% -ную добавку этанола, что заметно снижает содержание вредных веществ в выхлопных газах. Масштабная программа замены бензина этанолом, получаемым при переработке излишков кукурузы и других зерновых культур, осуществляется и в США. На долю так называемого газохола (смеси бензина с этанолом) уже приходится около 10% топливного рынка страны.
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. Все металлы являются проводниками электричества. В них электрический ток — направленное движение свободных электронов. Чтобы по проводникам электроны двигались направленно, в них надо создать электрическое поле. Электрическое поле создаётся источниками тока. Источники тока характеризуются напряжением. Для своих исследований мы взяли картофель. Выбрали его потому, что в России картошка – это второй хлеб. В год на одного жителя России приходится 150 кг картошки. Это примерно 37 миллионов тонн в год. Запас картофеля в России всегда есть. Мы в картошку вставляли два различных проводника из цинка и меди и подключали светодиод, который начинал светиться. Свечение диода показывает, что через картофель проходит электрический ток и происходит электролиз. Электролиз – это совокупность химических процессов, происходящих в электролите при прохождении через него постоянного электрического тока, когда положительно заряженные ионы движутся к катоду, а отрицательно заряженные – к аноду. Электролитом в данном случае является картошка. Биотопливо – это топливо из биологического сырья. Получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы или сои. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки.
Зависимость напряжения между сырым и варёным картофелем.
Оборудование: картофель (сырой и варёный), пластины из цинка и меди, вольтметр, провода.
Дата публикации: 11.05.2015 2015-05-11
Статья просмотрена: 487 раз
Библиографическое описание:
Мыслейко Ю., Дробот Е. Ф. Исследовательская работа «Альтернативные источники энергии» // Юный ученый. 2015. №2. С. 141-146. URL https://moluch.ru/young/archive/2/107/ (дата обращения: 24.11.2019).
Без энергии жизнь человечества немыслима. Дома у нас тепло и светло. Но все мы привыкли использовать в качестве источников энергии органическое топливо — уголь, газ, нефть. Однако их запасы в природе ограничены. И рано или поздно наступит день, когда они иссякнут. Что же делать? Уже давно найден ответ: надо искать другие источники энергии — альтернативные, нетрадиционные, возобновляемые. Какие же они?
Узнать какие же в настоящее время существуют основные альтернативные источники энергии и определить насколько они могут использоваться в реальной жизни на примере гимназии № 31 г. Минска.
1. Изучить нетрадиционные виды энергии, их достоинства и недостатки.
2. Выяснить принцип работы и устройства альтернативных источников энергии.
3. Подсчитать (узнать) стоимость установки возобновляемых источников энергии.
4. Узнать, какое количество энергии потребляет моя гимназия за 1 месяц (1 год).
5. Определить время окупаемости данного проекта.
6. Выяснить, будет ли выгодно нашей школе установить альтернативные источники энергии.
Место проведения исследования.
Гимназия № 31 г. Минска, ул. Мазурова, 6.
Январь 2014 года.
В наше время все источники энергии можно разделить на традиционные (широко распространенные для получения электричества, отопления и топлива для двигателей) и нетрадиционные (альтернативные) источники энергии.
К традиционным источникам энергии мы можем отнести:
6. Атом водорода
К нетрадиционным источникам энергии мы относим:
3. Вода (энергия рек, водопадов)
4. Механическая (мускулы)
В ходе своей работы я проводил опрос, где ученики 3 «Б» класса должны были ответить на вопрос: Что является традиционными источниками энергии? (См. Приложение 1.)
Ребята отвечали в целом правильно. Однако, они оказались незнакомы с такими видами источников энергии как атом водорода (и большинство ребят ответили, что это альтернативный источник энергии) и мускульная энергия (многие решили, что это традиционный источник энергии для получения тепла, электричества и топлива). Как результат, лишь 12 % опрашиваемых ответили правильно (см.диаграмму1).
12% ответили правильно
Существуют 2 наиболее распространённых вида альтернативных источников энергии СОЛНЕЧНАЯ энергия и ВЕТРЯНАЯ энергия.
СОЛНЕЧНАЯ энергия — это энергия солнца.
ВЕТРЯНАЯ энергия — это энергия, получаемая из ветра.
Рис. 1. Ветрогенераторы
Рис. 2. Солнечные батареи
Всевозможные гелиоустановки используют солнечное излучение как альтернативный источник энергии. Излучение Солнца можно использовать как для нужд теплоснабжения, так и для получения электричества (используя фотоэлектрические элементы).
К преимуществам солнечной энергии можно отнести возобновляемость данного источника энергии, бесшумность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу при переработке солнечного излучения в другие виды энергии.
Недостатками солнечной энергии являются зависимость интенсивности солнечного излучения от суточного и сезонного ритма, а также, необходимость больших площадей для строительства солнечных электростанций.
Одним их перспективнейших источников энергии является ветер. Принцип работы ветрогенератора элементарен. Сила ветра, используется для того, чтобы привести в движение ветряное колесо. Это вращение в свою очередь передаётся ротору электрического генератора. Преимуществом ветряного генератора является, прежде всего то, что в ветряных местах, ветер можно считать неисчерпаемым источником энергии. Кроме того, ветрогенераторы, производя энергию, не загрязняют атмосферу вредными выбросами.
К недостаткам устройств по производству ветряной энергии можно отнести непостоянство силы ветра и малую мощность единичного ветрогенератора. Также ветрогенераторы известны тем, что производят много шума, вследствие чего их стараются строить вдали от мест проживания людей.
Устройство солнечного источника энергии.
В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они называются фотоэлектрическими панелями).
В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно, солнечной батареи (генератора постоянного тока), зарядного устройства, аккумуляторов с устройством контроля заряда и инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.
Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую. Однако даже в самых последних разработках коэффициент полезного действия не превышает 20 % при солнечной погоде. В условиях Белоруссии установка солнечных батарей будет не выгодна, так как количество солнечных дней в году составляет в среднем 28, приблизительно 1 месяц. Остальные дни либо пасмурные, либо с переменной облачностью.
Рис. 3. Схема устройства солнечного источника энергии
Рис. 4. Пример установки солнечной батареи на крыше моего детского домика (собственная разработка)
Рис. 5. Солнечное зарядное устройство
Устройство ветряного источника энергии.
Конструкция ветряной электростанции, в общем случае, состоит из ветрогенератора, зарядного устройства, аккумуляторной батареи и инвертора для преобразования напряжения в привычное значение 220В.
Рис. 6. Схема устройства ветряного источника энергии
Рис. 7. Пример использования ветрогенератора для работы часов (собственная разработка)
Рис. 8. Ветряное зарядное устройство
Установка верогенераторов будет более выгодной в нашей местности, так как Минск находится на Минской возвышенности и скорость ветра в Беларуси составляет в среднем 6-9 м/сек.
Рассмотрим это на примере нашей гимназии.
Гимназия потребляет в среднем 10000 киловатт в месяц.
Установка 1 ветрогенератора, который производит 2000 киловатт в месяц при скорости 6 м/сек стоит 7 тыс. долларов. Таким образом возле школы необходимо установить 5 ветрогенераторов (10000 киловатт / 2000 киловатт). Их стоимость составит 35 тыс. долларов (7 тыс. долларов х 5 ветрогенераторов).
Рассчитаем время за которое окупится установка ветрогенераторов.
При существующем на сегодняшний день тарифе на электроэнергию, который составляет 920 бел.руб. за 1 киловатт наша гимназия ежемесячно платит 10000 киловатт х 920 бел.руб. = 9 200 000 бел.руб. Это составляет приблизительно 1 тыс. долларов в месяц. Тогда срок окупаемости будет равен: 35 тыс. долларов / 1 тыс. долларов = 35 месяцев или почти 3 года. После этого срока электроэнергия, получаемая от ветрогенераторов, становится для нашей гимназии бесплатной. Если энергия не использована полностью — она может быть продана государству.
Использование солнечных батарей в нашем белорусском климате на данном этапе развития не будет выгодным.
Использование же ветрогенераторов в наших условиях оказывается выгодным не только с точки зрения экологичности и возобновляемости, но и с экономической точки зрения.
1. Баланчевадзе В. И., Барановский А. И. и др.; Под ред. А. Ф. Дьякова. Энергетика сегодня и завтра. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 344 с.
2. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра 2 издание. перераб, и доп. Энергоатомиздат.
3. Шейдлин А. Е. Новая энергетика. — М.: Наука, 1987. — 463 с.
4. Юдасин Л. С.. Энергетика: проблемы и надежды. — М.: Просвещение, 1990. — 207с.
6. Электронный конструктор «Знаток. Альтернативные источники энергии»
