Альтернативные источники энергии

 

 

 

 

 

 

 

 

КАФЕДРА ФИЗИКИ

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

(выпускная квалификационная  работа)

 

Методика изучения темы «Альтернативные источники энергии»

в профильном обучении физике

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………………..3

Глава I. Альтернативные источники энергии

1. Основные виды альтернативных источников энергии………………….6
1. Геотермальная энергия……………….…………………………………..…6
2. Энергия Солнца……………………….………………………………….…8
3. Энергия ветра…………………………….………………………………...10
4. Энергия волн………………………….….……………………………...…12
5. Гидроэнергия…………………………………………………………….…12
6. Гидротермальная энергия.…………….……………………………….…..13
7. Водородная энергетика………………………………………………….…14
8. Управляемый термоядерный  синтез……………………………………...15
9. Энергия приливов и отливов……………………………………………...16
10. Биоэнергетика…………………………………………...……………….…17

Глава II. Психолого-педагогические особенности изучения

альтернативных источников энергии в профильном  обучении физике

2.1. Некоторые проблемы  преподавания альтернативных источников  энергии в профильном обучении  физике……………………………………………….…………….18

2.2. Психолого-методические  особенности изучения темы «Альтернативные  источники энергии»………………………………………………………………………..20

2.3. Основные методы использования  дидактических исследований в  обучении физики в школе……………………………………………………..………………….……22

Глава Ш. Методические аспекты изучения альтернативных

источников энергии в профильном обучении физике

3.1. Особенности изучения  альтернативных источников энергии в школьном

 курсе физики …………………….…………………..…………………..…….......29

3.2. Демонстрационные опыты при наблюдении альтернативных источников энергии………………………………………………………..……….................................33

3.3. Элективный курс по  физике «Альтернативная энергетика»……………....39

Заключение…………………………………………………...………………........47

Список использованной литературы………………………………..…………50

Приложение 1. Поурочное планирование………………………………………..51

 

Введение

 

Одной из фундаментальных проблем, стоящих перед человечеством, является энергетическая проблема. В настоящее время основными источниками энергии являются уголь, нефть и газ. Энергия была и остается главной составляющей жизни человека.

Современная жизнь невозможна без использования электрической энергии, в условиях быстрого роста научно-технического прогресса спрос на ее использование постоянно увеличивается.

Энергетика - важнейшая часть жизнедеятельности человека. Она является основой развития производительных сил в любом государстве,  обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств, она  рассматривается как часть единой народно- хозяйственной экономической системы. В настоящее время без электрической энергии наша жизнь немыслима. В то же время технический прогресс сопровождается загрязнением окружающей среды. В связи с этим вопрос об экологически чистых источниках энергии становится все более актуальным. Новые пути развития энергетики направлены на поиск и развитие таких источников энергии.

Энергетика возобновляемых источников выделилась в отдельную отрасль науки и техники. Разработка новых энергетических технологий, обеспечивающих минимальное воздействие на окружающую среду - это современная задача, стоящая перед новым поколением.

К сожалению, ископаемое топливо исчерпаемо, и поэтому уже сейчас нужно не только задумываться о поиске возобновляемых  источников энергии, но и смело проводить технологические эксперименты по внедрению в нашу жизнь новых нетрадиционных источников, которые, вполне возможно, откроют серьезные перспективы для электроэнергетики будущего.

В качестве альтернативы имеется возможность использовать возобновляемые источники энергии (ветер, солнце, морские волны, геотермальные и др.). В настоящее время уже имеются энергетические установки, преобразующие энергию возобновляемых источников в электрическую. Однако, их доля в общем объеме производства электроэнергии незначительна. Вероятно, правильнее говорить не об альтернативном использовании возобновляемых источников энергии, а об их совместном использовании, когда это экономически выгодно. Например, электрификация отдаленных объектов от энергосистемы России требует больших финансовых и материальных затрат. Экономичнее оказывается использование автономных электроустановок небольшой мощности, преобразующих энергию ветра, воды или солнца.

Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводят к глобальным изменениям климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов со всей нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии. Они экологичны, возобновляемы и экономичны.

Альтернативная энергетика – 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 района.

Основные причины, указывающие на важность перехода к альтернативным источникам энергии

• Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных источников энергии, их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI века.
• Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы.
• Экономический: цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную - постоянно растут.
• Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства атомных электростанций, гидроэлектростанций, где производство энергии было бы безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения атомных электростанций, крупных гидроэлектростанций - всё это увеличивает социальную напряженность.
• Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты для эволюционного развития общества необходимо начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.

Альтернативный источник энергии – способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные, способы, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле.

Приближающаяся угроза топливного “голода”, а также загрязнение окружающей среды и тот факт, что прирост потребности в энергии значительно опережает прирост ее производства, вынуждает многие страны с новых позиций обратить внимание на энергию солнечных лучей, ветра, текущей воды, тепла земных недр, то есть на энергию, большая часть которой растворяется в пространстве, не принося ни вреда, ни пользы.

Несмотря на все вышесказанное, мало кто имеет представление о современных достижениях в данной области и какие разработки ведутся.

Цель дипломной работы: изучить методику изучения альтернативных источников энергии в профильном обучении физике школе.

Реализация поставленной цели потребовала решения ряда конкретных задач

1. Провести анализ учебной и научной литературы по теме «Альтернативные источники энергии» в профильном обучении физике.

2. Ознакомиться с психолого-педагогическими  особенностями изучения темы  «Альтернативные источники энергии»  в профильном обучении физике.

3.  Изучить методические  аспекты изучения темы «Альтернативные источники энергии» в профильном обучении физике.

Объект исследования: альтернативные источники энергии в профильном обучении физике.

Предмет исследования: процесс обучения физике в основной базовой  школе.

Гипотеза исследования заключается в том, что учитель в процессе изучения темы «Альтернативные источники энергии» профильном обучении физике сможет вызвать интерес учащихся к предмету и профессионально сориентировать подростков на выбор профессии в будущем.

Научная новизна исследования определяется тем, что предложены методы, формы и средства изучения темы «Альтернативные источники энергии» учащимися средней (полной) школы в профильном обучении физике, обеспечивающие включение учащихся в познавательную деятельность.

Применение разработанного в ходе исследования учебно-методического обеспечения формирования представлений учащихся об альтернативных источниках энергии способствует повышению качества знаний учащихся по физике, развитию познавательных интересов учащихся,  формированию научного мировоззрения.

Дипломная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы.

В заключении приведены основные выводы и результаты дипломной работы.

Список литературы содержит 14 наименований.

Дипломная работа выполнялась на кафедре физики с 2011г. по 2012г. в соответствии требованиями, предъявляемыми при написании дипломных работ, а также во время государственной педагогической практики в МОУ СОШ Кара-Чыраа Сут-Хольского кожууна РТ.

Глава I. Альтернативные источники энергии

1. Основные виды альтернативных источников энергии

1.1.1. Геотермальная  энергия (тепло земли)

 

Геотермальная энергия — это энергия, внутренних областей Земли, запасенная в горячей воде или водяном паре. Энергетика земли – геотермальная энергетика базируется на использовании природной теплоты Земли. Одним из таких скрытых проявлений этой энергии является рост температуры земной коры и мантии по мере приближения к ядру Земли. Эта температура с глубиной повышается в среднем на 20 °С на 1 км, достигая на уровне 2–3 км от поверхности Земли более 100, а на глубине 100 км даже 1300–1500ºС, что вызывает нагрев воды, циркулирующей на больших глубинах, до значительных температур. В вулканических регионах нашей планеты эта вода поднимается на поверхность по трещинам в земной коре, а в сейсмически спокойных регионах ее можно выводить на поверхность по пробуренным скважинам. Для этого достаточно закачивать в эти скважины вниз холодную воду, получая при этом по рядом пробуренным скважинам поднимающуюся вверх перегретую геотермальную воду и образовавшийся из нее пар.

Современная востребованность геотермальной энергии как одного из видов возобновляемой энергии обусловлена: истощением запасов органического топлива и зависимостью большинства развитых стран от его импорта (в основном импорта нефти и газа), а также с существенным отрицательным влиянием топливной и ядерной энергетики на среду обитания человека и на дикую природу. Все же, применяя геотермальную энергию, следует в полной мере учитывать ее достоинства и недостатки.

Главным достоинством геотермальной энергии является возможность ее использования в виде геотермальной воды или смеси воды и пара (в зависимости от их температуры) для нужд горячего водо- и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех трех целей, ее практическая неиссякаемость, полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Основной недостаток геотермальной энергии – необходимость обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт.

Поскольку для получения электрической энергии на геотермальных электростанциях используется даровое тепло Земли, они вырабатывают более дешевую энергию, чем энергия тепловых, атомных и гидроэлектростанций. Если принять при этом во внимание и большие запасы геотермальной энергии в земной коре, можно утверждать, что геотермальной энергетике принадлежит большое будущее.

К сожалению, использование геотермальной энергии осложняется экологическими проблемами. Вода с больших глубин часто содержит фенолы и ядовитые окислы металлов. Такую воду после использования ее тепла приходится закачивать обратно в пласт, что требует дополнительных затрат. Экологические проблемы надеются решить с помощью полностью замкнутых систем с подземным теплообменником, в которых циркулирует легкокипящая жидкость.

Эффективны схемы отопления, использующие теплую (около 20 °С) термальную воду в сочетании с тепловыми насосами. Впрочем, тепловой насос иногда выгодно применять для отопления и в обычной местности, используя, например, тепло грунта, температура которого на глубине уже нескольких метров равна среднегодовой температуре на поверхности.

Самый популярный тепловой насос - обыкновенный холодильник. Он перекачивает тепло от холодной морозилки в теплую кухню, тратя на это электроэнергию. Если разобрать холодильник и закопать морозилку или просто выставить ее на улицу, а горячий задний радиатор оставить в доме, то им, в принципе, можно обогревать помещение. При определенных условиях на приведение в действие компрессора холодильника потребуется в несколько раз меньше электроэнергии, чем, если бы мы просто отапливали помещение электрическим нагревателем. Недостающее тепло насос возьмет от грунта, лишь бы температура грунта была выше, чем у морозилки.