Проблемы современной электроэнергетики

Цели урока:

1) Изучить физические основы производства и использования электрической энергии; познакомить учащихся со схемой передачи энергии. Определить факторы, которые необходимо учитывать при оценке последствий использования различных видов энергии; найти положительные и отрицательные аспекты воздействие на биосферу разных видов энергии.

2) Развитие у учащихся навыков работы с дополнительной литературой, осознанному отношению к физическим понятиям, установлению связей между ними, и, как следствие, формированию обобщенных знаний, математическое моделирование экологических последствий; предложения по решению энергетических проблем своего региона.

3) Формировать убеждение учащихся о единстве и объективности наших знаний об окружающей действительности, развивать индивидуальные, групповые и коллективные формы работы.

Организационная форма урока моделирует взаимоотношение группы общественных деятелей и ученых с представителями прессы, их совместные беседы, направленные на выяснение важнейших проблем и вопросов с целью их популяризации и пропаганды. За 1 урок до пресс – конференции распределяются роли:

1. В качестве ведущего – учитель

2. Ученики: министр электроэнергетики, главный диспетчер ЕЭС, сотрудник НИИ экологических проблем, директор электростанции, школьный электрик, ученый – экономист, представитель международной экологической организации, которые распределяются между 1/3 учащихся класса.

Остальные 2/3 учащихся представители прессы. Ребята выбирают издание самостоятельно:  от местной газеты до известного и популярного зарубежного издания.

«Должностные лица» и «ученые» подбирают литературу по проблемам той области, в которой они работают, представители прессы формируют по 3-4 вопроса.

Оборудование: компьютер, интерактивная доска, плакаты, «Передача переменного электрического тока», таблицы с подписями участников – специалистов.

Ход урока

1. Ведущий: В наше время уровень производства и потребления энергии один из важнейших показателей развития производительных сил общества. Ведущую роль при этом играет электроэнергия – самая универсальная и удобная для использовании форма энергии. Тема урока: «Современные проблемы электроэнергетики». И проведем мы ее в виде пресс – конференции на которой присутствуют «должностные» лица, ученые и представители прессы. И сегодня мы обсудим следующие вопросы:

1) Производство электроэнергии на тепловых электростанциях:

         а) особенности работы ТЭС, их КПД;

         б) на гидроэлектростанциях (доклад директора электростанции).

2) Передача электроэнергии  (доклад учителя).

3) Использование электроэнергии в промышленности, на транспорте, сельском хозяйстве (доклад министра энергетики)

4) Проблемы и перспективы современной энергетики (доклад ученого – экономиста)

5) Энергетика и охрана окружающей среды (доклад ученого – эколога)

Выступление директора электростанции:

Производство электроэнергии. Производится электроэнергия на больших и малых электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов. Существует два ос­новных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические. Раз­личаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы ге­нераторов.

На тепловых электростанциях источником энергии служит топ­ливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы. Роторы электрических генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания. Наиболее экономичными яв­ляются крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокра­щенно: ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны использует в качестве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт ч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине ки­нетическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жест­ко соединен с валом генератора. Паровые турбогенераторы весьма быстроходны: число оборотов составляет несколько тысяч в минуту.

Из курса физики X класса известно, что КПД тепловых двигателей увеличивается с повышением начальной температуры рабочего тела. Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру — почти до 550 °С и давление — до 25 МПа. Коэф­фициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром. Превра­щения энергии показаны на схеме, приведенной на рисунке 1.

Специальные тепловые электростанции — так называемые теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд (для отопления и горячего водоснабжения). В результате КПД ТЭЦ достигает 60—70%. В настоящее время в нишей стране ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии и снабжают электроэнергией и теплом несколько сот городов.(рис.1)

На гидроэлектростанциях (ГЭС) используется для вращения ро­торов генераторов потенциальная энергия воды. Роторы электриче­ских генераторов приводятся во вращение гидравлическими турби­нами. Мощность станции зависит от создаваемой плотиной разности уровней воды (напор) и от массы воды, проходящей через турбину в секунду (расход воды). Превращения энергии показаны на схеме, приведенной на рисунке 2.

Гидроэлектростанции дают около 20% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии.

Значительную роль в энергетике играют атомные электростанции (АЭС). В настоящее время АЭС нашей страны дают около  10%  электроэнергии.

Выступление ведущего (учителя)

В нашей огромной стране источники относительно дешевой электроэнергии - крупные гидроэлектростанции - зачастую расположены на значительном расстоянии от потребителей этой энергии - городов, заводов, фабрик, сел и т. д., в связи, с чем возникает необходимость передавать электрическую энергию по проводам на большие рассто­яния. При этом неизбежны потери на джоулево тепло, выделяющееся в линейных проводах из-за наличия в них активного сопротивления.

По закону Джоуля-Ленца величина этих тепловых потерь Q равна:

Q = I²Rt

Здесь I — действующее значение силы переменного тока, передаваемого по проводам, R — активное сопротивление проводов, t — время передачи электроэнергии.

Чтобы уменьшить тепловые потери, нужно уменьшить или сопротивление проводов, соединяющих источник электроэнергии с ее потребителем, или уменьшить силу передаваемого тока в них.

Сопротивление линейных проводов определяется формулой

R=p*I/S

где р - удельное сопротивление материала, из которого изготовлены провода, I - их длина, S - площадь поперечного сечения. Значит, для уменьшения сопротивления R надо либо уменьшить удельное сопротивление прово­дов, заменив, например, стальные провода на медные, либо увеличить площадь поперечного сечения проводов. Но природа так устроила, что, чем меньше удельное сопротивление металла, тем он, как правило, дороже. Удельное сопротивление меди меньше удельного сопротив­ления стали, но медь дороже стали. Удельное сопротив­ление серебра еще меньше, но никому не придет в голову делать провода серебряными. Поэтому изготовление проводов для передачи электроэнергии на большие рас­стояния из материала с малым удельным сопротивлением, слишком дорого и неэкономично. Можно было бы увеличить площадь поперечного сечения проводов, но это привело бы к их утяжелению и провисанию, а также к дополнительному расходу металла. Понятно, что длину проводов уменьшить вообще нельзя, для этого пришлось бы придвинуть город к электростанции или наоборот. Поэтому существенно уменьшить тепловые потери путем уменьшения сопротивления проводов не представляется возможным.      

Гораздо выгоднее уменьшить силу тока в проводах, ведь в законе Джоуля-Ленца тепловая энергия, теряемая в проводах, пропорциональна квадрату силы тока. Поэто­му, если уменьшить силу тока, например, в сто раз, то тепловые потери уменьшатся в 10 000 раз: Представляете, как это выгодно!

Но при этом нельзя уменьшить передаваемую элект­роэнергию, ведь, в конечном счете, именно энергия пре­вращается в нужную нам работу тока. Мы знаем, что эта энергия W_эл  равная работе тока А, определяется форму­лой

W_элl=UIt

Отсюда можно сделать вывод: чтобы не уменьшить передаваемую по проводам электрическую энергию TF_M при уменьшении силы тока в них, надо во столько же раз увеличить напряжение U. Тогда произведение UI, а следовательно, и энергия W_эл, останутся неизменными.

Для увеличения напряжения и соответственного умень­шения силы передаваемого тока на крупных электростан­циях ставят каскад повышающих трансформаторов, ко­торые постепенно повышают напряжение от десятков тысяч вольт, вырабатываемых электростанцией, до сотен тысяч и миллионов вольт и во столько же раз уменьша­ют силу тока. Такой ток передается по линиям высоко­вольтных передач на огромные расстояния, а сами про­вода при этом остаются холодными, т. е. тепло на них почти не выделяется и тепловые потери минимальны. Вблизи потребителей ставится каскад понижающих транс­форматоров, которые постепенно понижают высокое на­пряжение до требуемой величины.

Для удобства управления передачей электроэнергии сеть электростанций объединяют в одну систему, благо­даря чему можно оперативно перебрасывать необходимое количество энергии в нужный район.

Вывод: 1) Электрическую энергию можно передавать на большие расстояния;

2) Электрическую энергию экономически выгодно передавать при высоких напряжениях;

3) Объединение электростанций в единую электрическую систему позволяет с наибольшим экономическим эффектом использовать имеющиеся электроэнергоресурсы на огромной территории.

Выступление министра электроэнергетики

Использование электроэнергии. Главным потребителем элек­троэнергии является промышленность, на долю которой приходится около 70% производимой электроэнергии. Крупным потребителем является также транспорт. Все большее количество железнодорож­ных линий переводится на электрическую тягу. Почти все деревни и села получают электроэнергию от государственных электростанций для производственных и бытовых нужд. О применении электроэнергии для освещения жилищ и в бытовых электроприборах знает каждый.

Большая часть используемой электроэнергии сейчас превраща­ется в механическую энергию. Почти все механизмы в промышленности приводятся электрическими двигателями. Они удобны, компактны, допускают возможность автоматизации производства.

Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используется для технологических целей (электросварка, электрический нагрев и плавление металлов, электролиз и т.п.).

Выступление ученого - экономиста

Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается как в промышленности, на транспорте, в научных учреждениях, так и в быту. Удовлетворить эту потребность можно двумя способами.

Самый естественный и единственный на первый взгляд способ — строительство новых мощных электростанций: тепловых, гидравлических и атомных. Однако строительство новой крупной электростанции требует нескольких лет и больших затрат. При этом тепловые электростанции потребляют невозобновляемые природные ресурсы: уголь, нефть и газ. Одновременно они наносят большой ущерб экологическому равновесию на нашей планете.

Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом. Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии, а не росту мощности электростанций.

Возможности для более эффективного использования электро­энергии имеются, и немалые. Одна из них связана с освещением, на которое тратится около 25% всей производимой электроэнергии. В настоящее время в США и других странах разработаны компактные люминесцентные лампы, которые потребляют на 80% меньше электроэнергии, чем лампы накаливания. Стоимость таких ламп значи­тельно превышает стоимость обычных, но окупятся они быстро. Наряду с этим самые простые меры по экономному применению осве­щения в домах и производственных помещениях способны дать нема­лый эффект. Не надо оставлять включенными без нужды лампы, следует стремиться к тому, чтобы освещались лишь рабочие участки и т. д.

Имеется множество других возможностей повышения эффективности использования электроэнергии в быту: в холодильных уста­новках, телевизорах, компьютерах и т.д. Сэкономленные средства можно использовать для разработки устройств, преобразующих солнечную энергию в электрическую. Большие надежды возлагаются учеными на получение энергии с помощью управляемых термоядерных реакций. Такие устройства не будут представлять столь большой опас­ности, как обычные атомные электростанции.

Выступление ученого - эколога

Гидроэнергетика (ГЭС)

Достоинства:

• не загрязняется атмосфера;
• создаются новые водоемы;
• увлажняется атмосфера, меняется микроклимат;
• гидроресурсы не надо добывать или как-то обрабатывать.

Недостатки:

- затапливаются огромные пространства, создаются водохра­нилища;

• разрушается естественная среда обитания флоры и фауны;
• отчуждаются плодородные пойменные земли;
• плотины отрицательно влияют на ценные породы промысло­вых рыб;

- по мнению некоторых ученых, последствием строительства
ГЭС является «наведенная сейсмичность» - в зоне расположения мощных гидроузлов и больших по объему водохранилищ. В 1967 году в Индии была разрушена плотина высотой 103 м. Причина - землетрясение, эпицентр - под телом плотины.

Теплоэнергетика (ТЭС)

Более 80 % всей электроэнергии в нашей стране вырабатывает­ся на ТЭС, на всех видах топлива (природного).

Достоинства:

• под станции используются небольшие площади;
• высокая удельная теплота сгорания (уголь, нефть, природный газ);

- простота хранения угля, пригодность к непосредственному использованию угля, нефти и газа.

Недостатки:

• сильно загрязняют атмосферу сернистыми и азотистыми соеди­нениями, СО₂ - создают парниковый эффект, кислотные дожди и т. д.;
• используется большое количество площадей для добычи угля, рельеф портится шахтами;
• с охлаждающей водой ТЭС в ближайшие водоемы сбрасывает­ся большое количество тепла, повышающее температуру водоема.

По данным МАГАТЭ электростанция мощностью более 1 млн. кВт, работающая на угле, выбрасывает в атмосферу еже­дневно 400 т сернистого газа, 60 т окислов азота и углерода, 12 т тепла. Если бы в мире начали строить только ТЭС (их считают бо­лее безопасными), что бы было?

Мало кто из неспециалистов знает, что вместе с различными за­грязняющими атмосферу газами ТЭС вырабатывает в атмосферу и некоторые радиоактивные вещества, содержащиеся в большей или меньшей степени в топливе.

Радиационный фон от ТЭС - 1 % .

АЭС

В мире существует около 420 атомных реакторов. У нас в стра­не 14 % всей энергии вырабатывается АЭС. Первая в мире АЭС была пущена в 1954 году в СССР в Обнинске. Сейчас у нас их 9:

1. Балаковская.
2. Калининская.
3. Кольская.
4. Нововоронежская.
5. Курская.
6. Ленинградская.
7. Смоленская.
8. Белоярская.
9. Билибинская (на Чукотке, самая маленькая).

10.Обнинская - маленькая, существует как экспериментальная.

Только в черте Москвы 8 работающих реакторов, 7 из них - в институте Курчатова.

Достоинства:

• небольшая площадь под АЭС;
• при отсутствии утечек - никакого загрязнения атмосферы;
• относительная независимость от местоположения сырья.

Недостатки:

• образуются радиоактивные отходы (глобальная проблема);
• дорогое строительство, еще дороже размонтировка.

В марте 1979 года произошла самая тяжелая до Чернобыля ава­рия на американской АЭС. После этого случая американцы не вве­ли в строй ни одного реактора. В Швеции принято решение о по­степенном закрытии  АЭС. Лишь Великобритания, Франция и Россия планируют строительство новых АЭС, несмотря на актив­ное сопротивление общественности. Во Франции 74 % энергии - АЭС, ежегодно 200 тыс. школьников ходят туда на экскурсии.

Сырьем для АЭС является уран и торий - их запасов в земной коре хватит на 50 тыс. лет. В морской воде урана в 1000 раз боль­ше, чем в земной коре.

Может, не стоит так осторожничать? Но иметь «пороховой по­греб» в стране с не очень развитой технологией или социальной нестабильностью - это безумие.

Для устойчивого развития нужны устойчивые энергоресурсы. Те ресурсы, от которых мы сейчас зависим, к таковым не относят­ся: ручной труд, животные, водяные мельницы, дрова, уголь, нефть.

Электричество - это вторичный энергоресурс; чтобы получить его, нужен первичный: уголь, нефть, движение воды, ядерное топ­ливо и т. д.

Вопросы прессы

1) Вопрос ученому из НИИ

«Почему атомные и тепловые электростанции нельзя размещать в близи друг друга?»

Ответ: Водяной пар, в большом количестве выделяемый АЭС, взаимодействует с выбросами в атмосферу тепловых станций, в результате чего образуются кислотные дожди.

2)  Вопрос министру электроэнергетики

«Почему ветровые и солнечные электростанции не получили широкого распространения в нашей энергетике?

Ответ: Ветровые и солнечные электростанции маломощных и работают не стабильно: первые зависят от силы ветра, вторые не «работоспособны» в ночное и пасмурное время.

3) Вопрос экологу

«Присущи ли экологически нежелательные факторы гидроэлектростанциям?

Ответ: Да

1) Под водохранилище отводится большая площадь пахотной земли;

2) Осложняется воспроизводство рыбы – плотина мешает ее свободному передвижению по реке;

3) Искусственное море изменяет местный климат, причем не в лучшую сторону.

Домашнее задание:

1) ò39,40,41;      №979,980 – Рымкевич (всем учащимся)

2)№989-Рымкевич (по желанию)

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1.Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев  Физика: Учеб. для 11кл.общеобразоват. учреждений-11-е изд.-М.: Просвещение,2003.

2.Физика и экология.7-11классы. Материалы для проведения учебной и внеурочной работы по экологическому воспитанию/ Сост. Г.А. Фадеева, В.А. Попова,-Волгоград: Учитель,2005.

Ялалова Флюра Фаритовна, учитель физики высшей квалификационной категории МОБУ СОШ № 1 города Агидель, Республики Башкортостан

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА ФИЗИКИ В 11 КЛАССЕ ПО ТЕМЕ:

«Проблемы современной электроэнергетики»

ТИП УРОКА: КОМБИНИРОВАННЫЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОЕКТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ.

ФОРМА УРОКА: УРОК – ИГРА «ПРЕСС –КОНФЕРЕНЦИЯ»

Цели урока: 1) Изучить физические основы производства и использования электрической энергии; познакомить учащихся со схемой передачи энергии. Определить факторы, которые необходимо учитывать при оценке последствий использования различных видов энергии; найти положительные и отрицательные аспекты воздействие на биосферу разных видов энергии.

2) Развитие у учащихся навыков работы с дополнительной литературой, осознанному отношению к физическим понятиям, установлению связей между ними, и, как следствие, формированию обобщенных знаний, математическое моделирование экологических последствий; предложения по решению энергетических проблем своего региона.

3) Формировать убеждение учащихся о единстве и объективности наших знаний об окружающей действительности, развивать индивидуальные, групповые и коллективные формы работы.

Организационная форма урока моделирует взаимоотношение группы общественных деятелей и ученых с представителями прессы, их совместные беседы, направленные на выяснение важнейших проблем и вопросов с целью их популяризации и пропаганды. За 1 урок до пресс – конференции распределяются роли:

1. В качестве ведущего – учитель

2. Ученики: министр электроэнергетики, главный диспетчер ЕЭС, сотрудник НИИ экологических проблем, директор электростанции, школьный электрик, ученый – экономист, представитель международной экологической организации, которые распределяются между 1/3 учащихся класса.

Остальные 2/3 учащихся представители прессы. Ребята выбирают издание самостоятельно: от местной газеты до известного и популярного зарубежного издания.

«Должностные лица» и «ученые» подбирают литературу по проблемам той области, в которой они работают, представители прессы формируют по 3-4 вопроса.

Оборудование: компьютер, интерактивная доска, плакаты, «Передача переменного электрического тока», таблицы с подписями участников – специалистов.

Ход урока

1. Ведущий: В наше время уровень производства и потребления энергии один из важнейших показателей развития производительных сил общества. Ведущую роль при этом играет электроэнергия – самая универсальная и удобная для использовании форма энергии. Тема урока: «Современные проблемы электроэнергетики». И проведем мы ее в виде пресс – конференции на которой присутствуют «должностные» лица, ученые и представители прессы. И сегодня мы обсудим следующие вопросы:

1) Производство электроэнергии на тепловых электростанциях:

а) особенности работы ТЭС, их КПД;

б) на гидроэлектростанциях (доклад директора электростанции).

2) Передача электроэнергии (доклад учителя).

3) Использование электроэнергии в промышленности, на транспорте, сельском хозяйстве (доклад министра энергетики)

4) Проблемы и перспективы современной энергетики (доклад ученого – экономиста)

5) Энергетика и охрана окружающей среды (доклад ученого – эколога)

Выступление директора электростанции:

Производство электроэнергии. Производится электроэнергия на больших и малых электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов. Существует два ос­новных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические. Раз­личаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы ге­нераторов.

На тепловых электростанциях источником энергии служит топ­ливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы. Роторы электрических генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания. Наиболее экономичными яв­ляются крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокра­щенно: ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны использует в качестве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт ч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине ки­нетическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жест­ко соединен с валом генератора. Паровые турбогенераторы весьма быстроходны: число оборотов составляет несколько тысяч в минуту.

Из курса физики X класса известно, что КПД тепловых двигателей увеличивается с повышением начальной температуры рабочего тела. Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру — почти до 550 °С и давление — до 25 МПа. Коэф­фициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром. Превра­щения энергии показаны на схеме, приведенной на рисунке 1.

Специальные тепловые электростанции — так называемые теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд (для отопления и горячего водоснабжения). В результате КПД ТЭЦ достигает 60—70%. В настоящее время в нишей стране ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии и снабжают электроэнергией и теплом несколько сот городов.(рис.1)

На гидроэлектростанциях (ГЭС) используется для вращения ро­торов генераторов потенциальная энергия воды. Роторы электриче­ских генераторов приводятся во вращение гидравлическими турби­нами. Мощность станции зависит от создаваемой плотиной разности уровней воды (напор) и от массы воды, проходящей через турбину в секунду (расход воды). Превращения энергии показаны на схеме, приведенной на рисунке 2.

Гидроэлектростанции дают около 20% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии.

Значительную роль в энергетике играют атомные электростанции (АЭС). В настоящее время АЭС нашей страны дают около 10% электроэнергии.

Рис. 1

Рис. 2

Выступление ведущего (учителя)

В нашей огромной стране источники относительно дешевой электроэнергии - крупные гидроэлектростанции - зачастую расположены на значительном расстоянии от потребителей этой энергии - городов, заводов, фабрик, сел и т. д., в связи, с чем возникает необходимость передавать электрическую энергию по проводам на большие рассто­яния. При этом неизбежны потери на джоулево тепло, выделяющееся в линейных проводах из-за наличия в них активного сопротивления.

По закону Джоуля-Ленца величина этих тепловых потерь Q равна:

Q = I²Rt

Здесь I — действующее значение силы переменного тока, передаваемого по проводам, R — активное сопротив­ление проводов, t — время передачи электроэнергии.

Чтобы уменьшить тепловые потери, нужно уменьшить или сопротивление проводов, соединяющих источник электроэнергии с ее потребителем, или уменьшить силу передаваемого тока в них.

Сопротивление линейных проводов определяется фор­мулой

где р - удельное сопротивление материала, из которого изготовлены провода, I - их длина, S - площадь попе­речного сечения. Значит, для уменьшения сопротивления R надо либо уменьшить удельное сопротивление прово­дов, заменив, например, стальные провода на медные, либо увеличить площадь поперечного сечения проводов. Но природа так устроила, что, чем меньше удельное со­противление металла, тем он, как правило, дороже. Удельное сопротивление меди меньше удельного сопротив­ления стали, но медь дороже стали. Удельное сопротив­ление серебра еще меньше, но никому не придет в голо­ву делать провода серебряными. Поэтому изготовление проводов для передачи электроэнергии на большие рас­стояния из материала с малым удельным сопротивлением, слишком дорого и неэкономично. Можно было бы увеличить площадь поперечного сечения проводов, но это привело бы к их утяжелению и провисанию, а также к дополнительному расходу металла. Понятно, что длину проводов уменьшить вообще нельзя, для этого пришлось бы придвинуть город к электростанции или наоборот. Поэтому существенно уменьшить тепловые потери путем уменьшения сопротивления проводов не представляется возможным.

Гораздо выгоднее уменьшить силу тока в проводах, ведь в законе Джоуля-Ленца тепловая энергия, теряемая в проводах, пропорциональна квадрату силы тока. Поэто­му, если уменьшить силу тока, например, в сто раз, то тепловые потери уменьшатся в 10 000 раз: Представляе­те, как это выгодно!

Но при этом нельзя уменьшить передаваемую элект­роэнергию, ведь, в конечном счете, именно энергия пре­вращается в нужную нам работу тока. Мы знаем, что эта энергия W_эл равная работе тока А, определяется форму­лой

W_элl=UIt

Отсюда можно сделать вывод: чтобы не уменьшить передаваемую по проводам электрическую энергию TF_M при уменьшении силы тока в них, надо во столько же раз увеличить напряжение U. Тогда произведение UI, а следовательно, и энергия W_эл, останутся неизменными.

Для увеличения напряжения и соответственного умень­шения силы передаваемого тока на крупных электростан­циях ставят каскад повышающих трансформаторов, ко­торые постепенно повышают напряжение от десятков тысяч вольт, вырабатываемых электростанцией, до сотен тысяч и миллионов вольт и во столько же раз уменьша­ют силу тока. Такой ток передается по линиям высоко­вольтных передач на огромные расстояния, а сами про­вода при этом остаются холодными, т. е. тепло на них почти не выделяется и тепловые потери минимальны. Вблизи потребителей ставится каскад понижающих транс­форматоров, которые постепенно понижают высокое на­пряжение до требуемой величины.

Для удобства управления передачей электроэнергии сеть электростанций объединяют в одну систему, благо­даря чему можно оперативно перебрасывать необходимое количество энергии в нужный район.

Вывод: 1) Электрическую энергию можно передавать на большие расстояния;

2) Электрическую энергию экономически выгодно передавать при высоких напряжениях;

3) Объединение электростанций в единую электрическую систему позволяет с наибольшим экономическим эффектом использовать имеющиеся электроэнергоресурсы на огромной территории.

Выступление министра электроэнергетики

Использование электроэнергии. Главным потребителем элек­троэнергии является промышленность, на долю которой приходится около 70% производимой электроэнергии. Крупным потребителем является также транспорт. Все большее количество железнодорож­ных линий переводится на электрическую тягу. Почти все деревни и села получают электроэнергию от государственных электростанций для производственных и бытовых нужд. О применении электроэнергии для освещения жилищ и в бытовых электроприборах знает каждый.

Большая часть используемой электроэнергии сейчас превраща­ется в механическую энергию. Почти все механизмы в промышленности приводятся электрическими двигателями. Они удобны, компактны, допускают возможность автоматизации производства.

Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используется для технологических целей (электросварка, электрический нагрев и плавление металлов, электролиз и т.п.).

Выступление ученого - экономиста

Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается как в промышленности, на транспорте, в научных учреждениях, так и в быту. Удовлетворить эту потребность можно двумя способами.

Самый естественный и единственный на первый взгляд способ — строительство новых мощных электростанций: тепловых, гидравлических и атомных. Однако строительство новой крупной электростанции требует нескольких лет и больших затрат. При этом тепловые электростанции потребляют невозобновляемые природные ресурсы: уголь, нефть и газ. Одновременно они наносят большой ущерб экологическому равновесию на нашей планете.

Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом. Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии, а не росту мощности электростанций.

Возможности для более эффективного использования электро­энергии имеются, и немалые. Одна из них связана с освещением, на которое тратится около 25% всей производимой электроэнергии. В настоящее время в США и других странах разработаны компактные люминесцентные лампы, которые потребляют на 80% меньше элек­троэнергии, чем лампы накаливания. Стоимость таких ламп значи­тельно превышает стоимость обычных, но окупятся они быстро. На­ряду с этим самые простые меры по экономному применению осве­щения в домах и производственных помещениях способны дать нема­лый эффект. Не надо оставлять включенными без нужды лампы, следует стремиться к тому, чтобы освещались лишь рабочие участки и т. д.

Имеется множество других возможностей повышения эффектив­ности использования электроэнергии в быту: в холодильных уста­новках, телевизорах, компьютерах и т.д. Сэкономленные средства можно использовать для разработки устройств, преобразующих сол­нечную энергию в электрическую. Большие надежды возлагаются учеными на получение энергии с помощью управляемых термоядерных реакций. Такие устройства не будут представлять столь большой опас­ности, как обычные атомные электростанции.

Выступление ученого - эколога

Гидроэнергетика (ГЭС)

Достоинства:

• не загрязняется атмосфера;

• создаются новые водоемы;

• увлажняется атмосфера, меняется микроклимат;

• гидроресурсы не надо добывать или как-то обрабатывать.

Недостатки:

- затапливаются огромные пространства, создаются водохра­нилища;

• разрушается естественная среда обитания флоры и фауны;

• отчуждаются плодородные пойменные земли;

• плотины отрицательно влияют на ценные породы промысло­вых рыб;

- по мнению некоторых ученых, последствием строительства
ГЭС является «наведенная сейсмичность» - в зоне расположения мощных гидроузлов и больших по объему водохранилищ. В 1967 году в Индии была разрушена плотина высотой 103 м. Причина - землетрясение, эпицентр - под телом плотины.

Теплоэнергетика (ТЭС)

Более 80 % всей электроэнергии в нашей стране вырабатывает­ся на ТЭС, на всех видах топлива (природного).

Достоинства:

• под станции используются небольшие площади;

• высокая удельная теплота сгорания (уголь, нефть, природный газ);

- простота хранения угля, пригодность к непосредственному использованию угля, нефти и газа.

Недостатки:

• сильно загрязняют атмосферу сернистыми и азотистыми соеди­нениями, СО₂ - создают парниковый эффект, кислотные дожди и т. д.;

• используется большое количество площадей для добычи угля, рельеф портится шахтами;

• с охлаждающей водой ТЭС в ближайшие водоемы сбрасывает­ся большое количество тепла, повышающее температуру водоема.

По данным МАГАТЭ электростанция мощностью более 1 млн. кВт, работающая на угле, выбрасывает в атмосферу еже­дневно 400 т сернистого газа, 60 т окислов азота и углерода, 12 т тепла. Если бы в мире начали строить только ТЭС (их считают бо­лее безопасными), что бы было?

Мало кто из неспециалистов знает, что вместе с различными за­грязняющими атмосферу газами ТЭС вырабатывает в атмосферу и некоторые радиоактивные вещества, содержащиеся в большей или меньшей степени в топливе.

Радиационный фон от ТЭС - 1 % .

АЭС

В мире существует около 420 атомных реакторов. У нас в стра­не 14 % всей энергии вырабатывается АЭС. Первая в мире АЭС была пущена в 1954 году в СССР в Обнинске. Сейчас у нас их 9:

1. Балаковская.

2. Калининская.

3. Кольская.

4. Нововоронежская.

5. Курская.

6. Ленинградская.

7. Смоленская.

8. Белоярская.

9. Билибинская (на Чукотке, самая маленькая).

10.Обнинская - маленькая, существует как экспериментальная.

Только в черте Москвы 8 работающих реакторов, 7 из них - в институте Курчатова.

Достоинства:

• небольшая площадь под АЭС;

• при отсутствии утечек - никакого загрязнения атмосферы;

• относительная независимость от местоположения сырья.

Недостатки:

• образуются радиоактивные отходы (глобальная проблема);

• дорогое строительство, еще дороже размонтировка.

В марте 1979 года произошла самая тяжелая до Чернобыля ава­рия на американской АЭС. После этого случая американцы не вве­ли в строй ни одного реактора. В Швеции принято решение о по­степенном закрытии АЭС. Лишь Великобритания, Франция и Россия планируют строительство новых АЭС, несмотря на актив­ное сопротивление общественности. Во Франции 74 % энергии - АЭС, ежегодно 200 тыс. школьников ходят туда на экскурсии.

Сырьем для АЭС является уран и торий - их запасов в земной коре хватит на 50 тыс. лет. В морской воде урана в 1000 раз боль­ше, чем в земной коре.

Может, не стоит так осторожничать? Но иметь «пороховой по­греб» в стране с не очень развитой технологией или социальной нестабильностью - это безумие.

Для устойчивого развития нужны устойчивые энергоресурсы. Те ресурсы, от которых мы сейчас зависим, к таковым не относят­ся: ручной труд, животные, водяные мельницы, дрова, уголь, нефть.

Электричество - это вторичный энергоресурс; чтобы получить его, нужен первичный: уголь, нефть, движение воды, ядерное топ­ливо и т. д.

Вопросы прессы

1) Вопрос ученому из НИИ

«Почему атомные и тепловые электростанции нельзя размещать в близи друг друга?»

Ответ: Водяной пар, в большом количестве выделяемый АЭС, взаимодействует с выбросами в атмосферу тепловых станций, в результате чего образуются кислотные дожди.

2) Вопрос министру электроэнергетики

«Почему ветровые и солнечные электростанции не получили широкого распространения в нашей энергетике?

Ответ: Ветровые и солнечные электростанции маломощных и работают не стабильно: первые зависят от силы ветра, вторые не «работоспособны» в ночное и пасмурное время.

3) Вопрос экологу

«Присущи ли экологически нежелательные факторы гидроэлектростанциям?

Ответ: Да

1) Под водохранилище отводится большая площадь пахотной земли;

2) Осложняется воспроизводство рыбы – плотина мешает ее свободному передвижению по реке;

3) Искусственное море изменяет местный климат, причем не в лучшую сторону.

Домашнее задание:

1) 39,40,41; №979,980 – Рымкевич (всем учащимся)

2)№989-Рымкевич (по желанию)

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1.Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев Физика: Учеб. для 11кл.общеобразоват. учреждений-11-е изд.-М.: Просвещение,2003.

2.Физика и экология.7-11классы. Материалы для проведения учебной и внеурочной работы по экологическому воспитанию/ Сост. Г.А. Фадеева, В.А. Попова,-Волгоград: Учитель,2005.