Конкурс "Я иду на урок"

Электроэнергетика

Цель урока: через межпредметные связи географии и физики показать общий принцип работы электростанций, превращения одних видов энергии в другие и способы передачи энергии на расстояние.

Задачи урока: • Познакомить учащихся с различными типами электростанций • Дать представление о единой энергосистеме России • Показать на модели LEGO использование нетрадиционных источников энергии • Рассмотреть энергосберегающие технологии на примерах бытовых электроприборов • Способствовать проектной деятельности учащихся.

Оборудование и учебные пособия: • Карта «Электроэнергетика России» • Модели паровой турбины, ветряного двигателя, солнечной батареи, электромобиля, линии ЛЭП • Лампа накаливания как имитатор Солнца • Видеофрагмент «Ветродвигатель» • Видео­слайды «Ветродвигатель», «ТЭЦ -25», «Природа Подмосковья» • Учебники географии [1] и физики [2], атлас [3].

Опережающее задание: подготовить сообщение о работе районной ТЭЦ-25; выполнить модели LEGO для демонстрации на уроке; подготовить расчёты потребления электроэнергии лампой, утюгом, чайником, стиральной машиной, обогревателем за час, день, месяц; написать сочинение на тему об экономии электроэнергии.

Ход урока

1. Выявление опорных знаний

Учитель географии. В состав какого межотраслевого комплекса входит электроэнергетика?

Учащиеся. Топливно-энергетического комплекса.

Учитель физики. Слово «энергия» – от греческого ενέργεια, что в переводе на русский язык означает деятельность, производительность. Что означает это понятие с точки зрения физики?

Учащиеся. Способность совершать работу.

Учитель физики. Какие виды энергии вы знаете?

Учащиеся. Механическую и внутреннюю. Механическая энергия бывает двух видов – кинетическая и потенциальная.

Учитель физики. Приведите примеры тел, обладающих кинетической энергией.

Учащиеся. Кинетической энергией обладает всякое движущееся тело, например, движущийся автомобиль, бегущий человек, вода в реке.

Учитель физики. Приведите примеры тел, обладающих потенциальной энергией.

Учащиеся. Тело, поднятое над землёй, сжатая пружина, падающая вода в водоёме над плотиной.

Учитель физики. Что понимают под внутренней энергией?

Учащиеся. Это энергия частиц, из которых состоит тело.

Учитель физики. От каких факторов зависит внутренняя энергия?

Учащиеся. Внутренняя энергия зависит от температуры и агрегатного состояния вещества.

2. Изучение нового материала

Учитель географии. Электроэнергетика обеспечивает производство и передачу электроэнергии, а также доставку горячей воды и тепла потребителю. Рассмотрим различные типы электростанций, на которых вырабатывается электроэнергия. Обратимся к схеме.

Первый вид электростанций – тепловые, ТЭС. Они делятся на две группы: КЭС и ТЭЦ. КЭС – конденсационная электростанция, в которой прошедший через турбину отработанный пар охлаждается, конденсируется и вновь поступает в котёл. Такие станции обслуживают большие территории. Именно они вырабатывают бóльшую часть энергии. ТЭЦ – теплоэлектроцентраль, она не только вырабатывает электроэнергию, но и обеспечивает население горячей водой для отопления, передавая её на расстояние до 20–25  км. ТЭЦ строят вблизи крупных жилых массивов. На территории микрорайона «Очаково», где мы с вами живём, расположена ТЭЦ-25. Вашей однокласснице было дано задание подготовить сообщение о теплоцентрали. Послушаем сообщение. (Сообщение ученицы о работе ТЭЦ-25; Приложения 1, 2^*.)

Второй вид электростанций – гидроэлектростанции, ГЭС. Они используют энергию падающей воды. Третий вид электростанций – атомные, АЭС; на них используется энергия распада атомных ядер.

Обратимся к атласу [3]. По карте «Электроэнергетика России» определите, какими условными знаками показаны ТЭС, ГЭС и АЭС.

Учащиеся. ТЭС показаны розовыми пуансонами, ГЭС – голубыми, АЭС – чёрными.

Учитель географии. Определите, на каких станциях вырабатывается большее количество энергии.

Учащиеся. На ТЭС.

Учитель географии. Найдите в учебнике (§ 9) диаграмму, подтверждающую ваши ответы.

(Учащиеся анализируют диаграмму: на ТЭС вырабатывается 67% энергии, на ГЭС – 19%, на АЭС– 14%.)

Учитель физики. Теперь рассмотрим, какие превращения энергии происходят на этих электростанциях. Начнём с модели тепловой турбины. При сгорании топлива выделяется большое количество энергии, которая используется для нагревания воды и обращения её в пар. Энергия топлива превращается при этом во внутреннюю энергию пара. Струи пара, вырывающиеся из сопел, оказывают значительное давление на лопатки турбины и приводят её в быстрое вращательное движение. При этом внутренняя энергия пара превращается в кинетическую энергию пара, а затем в кинетическую энергию турбины. (Демонстрация модели паровой турбины.) Вал турбины связан с генератором тока, где происходит превращение кинетической энергии турбины в электрическую. Полученная электрическая энергия передаётся по проводам. Схема превращения энергии показана на доске (Приложение 3).

Рассмотрим превращения энергии, происходящие на ГЭС. На обложке учебника по физике показана схема устройства гидрогенератора. При строительстве ГЭС русло реки перегораживают плотиной. В результате уровень воды повышается, вода через окошки в плотине устремляется вниз и, попадая на лопасти гидрогенератора, приводит в движение вал. Потенциальная энергия воды превращается в кинетическую энергию воды, а затем – в кинетическую энергию вала. В гидрогенераторе кинетическая энергия вращения вала превращается в электрическую энергию. Эти превращения энергии показаны на схеме (Приложение 4).

Рассмотрим атомные электростанции. По принципу работы АЭС очень похожи на ТЭС, только в качестве топлива используется уран. Этот химический элемент, распадаясь, выделяет большое количество энергии, которая затем используется так же, как и на тепловых станциях.

Теперь перейдём к рассмотрению нетрадиционных источников энергии и к видам электростанций, работающих на них. Обратимся к схеме.

С древних времён люди использовали энергию ветра. Ветер надувал парус и приводил в движение лодку. Время шло, и лодку заменили большие многомачтовые корабли, люди начали строить мельницы, использовать энергию ветра для хозяйственных нужд. На какое-то время про ветер забыли и только в конце ХХ в. в Европе опять обратились к этому источнику энергии.

Группа ребят получила задание, используя конструктор LEGO, изготовить к нашему уроку некоторые модели, в том числе и модель ветряного двигателя. И сейчас мы познакомимся с работой ветряного двигателя. (Демонстрация работы ветряного двигателя.) Какие превращения энергии происходят в ветряном двигателе?

Учащиеся. Кинетическая энергия ветра превращается в кинетическую энергию движения лопастей, которая передаётся валу, и затем кинетическая энергия вала превращается в электрическую энергию.

Учитель физики. Группа учеников нашей школы в прошлом году участвовала в экскурсионной поездке по Европе. Ребята были удивлены большим количеством ветряков. Они сделали несколько фотографий и видеофрагмент, которые мы сейчас посмотрим. (Демонстрация фотографий и видеофрагмента. Приложение 5.)

Ещё один нетрадиционный источник электроэнергии – Солнце. В Крыму ещё в советские времена была построена СЭС, которая вырабатывала электроэнергию в промышленном объёме. Для размещения солнечных батарей необходима большая территория, причём в районе, где много солнечных дней в году. Но эти территории важны также и для производства сельскохозяйственной продукции (Приложение 6). Сейчас мы попросим вашего одноклассника рассказать о том, как используется энергия Солнца в некоторых европейских странах.

Сообщение ученика. <...> В моей модели солнечная батарея, установленная на крыше дома, позволяет запасти энергию и в тёмное время суток использовать её для освещения помещения (демонстрирует модель солнечной батареи). Я решил также собрать модель электромобиля будущего, у которого вместо двигателя внутреннего сгорания будет стоять электродвигатель на солнечной батарее. В пасмурные дни электромобиль может работать от аккумулятора. Это экологически чистый вид транспорта (демонстрирует модель электромобиля).

Учитель географии. Итак, мы познакомились с ветряным двигателем и солнечной батареей. Существуют и другие нетрадиционные источники электрической энергии – приливы и отливы, – на них работают приливные электростанции (ПЭС). Первая ПЭС была построена в Советском Союзе в 1968 г. на берегу Баренцева моря, в заливе Кислая Губа. Она так и называется – Кислогубская (Приложение 7). Эта станция в течение 30 лет вырабатывала электроэнергию. Во время перестройки ПЭС не работала. Но теперь решили возобновить работу этой станции, и для неё НИИ Северодвинска создал новую турбину. Старая турбина во время прилива вращалась в одну сторону, а во время отлива – в другую. Это было не очень удобно. Новая турбина постоянно вращается в одну сторону, она дешевле, экономичнее и удобнее в эксплуатации. Сейчас турбина проходит испытания, и если они окажутся удачными, то будет построена ещё одна турбина для Мезеньской ПЭС на берегу Белого моря в устье реки Мезень.

Развитые страны предполагают в будущем за счёт энергии моря обеспечивать до 12% энергопотребления. Перспективы во всём мире рассматриваются как серьёзные. Плановая выработка электроэнергии, практически не зависящая от времени и продолжительности воздействия источника энергии (как у ВЭС), отсутствие вредных выбросов (как у ТЭС), избегание затопления земель (как при строительстве ГЭС) и радиационной опасности (как у АЭС) делает ПЭС привлекательным источником энергии.

Следующий вид нетрадиционных электростанций – геотермальные электростанции, ГеоЭС. Они используют энергию внутреннего тепла Земли. Вспомните, пожалуйста, где на территории России находятся термальные источники?

Учащиеся. На Камчатке и Курильских островах, на севере Дальнего Востока.

Учитель географии. На ГеоЭс для выработки электроэнергии используются горячая вода и пар из недр Земли. А в этих районах энергетика пока полностью базируется на привозном топливе, так что цена электроэнергии весьма велика. Это означает, что промышленность и другие отрасли в этих регионах не могут успешно развиваться. Опыт построения геотермальных станций в нашей стране есть. Первая станция – Паратунская ГеоЭС – была введена в строй на Камчатке в 1967 г. Сейчас там же работает Мутновская ГеоЭС, а в скором времени в работу вступит ещё один её агрегат – четвёртый (Приложение 8). Учёные подсчитали, что, используя энергию термальных источников можно обеспечить энергией всю территорию Дальнего Востока.

Как видите, основное количество энергии вырабатывается на традиционных источниках энергии, тем не менее нетрадиционные источники энергии могут успешно решать проблему энергообеспечения своих регионов. Преимущество электрической энергии состоит в том, что её легко можно получать из других источников энергии и легко передавать на большие расстояния. Это происходит в энергосистемах.

3. Работа с текстом

Учитель географии. Прочитайте в учебнике географии текст об энергосистеме и ответьте на вопросы: что такое «единая энергосистема страны»?

Учащиеся. Энергосистема – это группа электростанций различного типа, объединённых высоковольтными линиями передачи и управляемых из единого центра.

Учитель географии. В пределах какой территории действует единая энергосистема (ЕЭС) России?

Учащиеся. ЕЭС действует на большей части России в пределах главной полосы расселения.

Учитель географии. По карте атласа «Электроэнергетика России» определите, какие районы включены в ЕЭС России.

Учащиеся. Центральная Россия, Северо-Западный район, Поволжье, Урал и Сибирь. На Дальнем Востоке существует своя энергосистема. Некоторые районы Севера и Дальнего Востока не подключены к ЕЭС.

4. Закрепление изученного материала

Учитель физики. Теперь посмотрим, как легко электрическая энергия передаётся по проводам. (Демонстрация модели линии ЛЭП. Приложение 9.)

Учитель физики. Целесообразно ли передавать пар на большие расстояния?

Учащиеся. Нет, он теряет свою внутреннюю энергию.

Учитель физики. Значение электрической энергии огромно. Чем выше уровень развития общества, тем больше энергии оно потребляет. Энергия необходима для освещения зданий, улиц, для работы транспорта, промышленных предприятий, для связи. Нарушение электроснабжения может почти парализовать жизнь большого города. И наша задача состоит в том, чтобы бережно относиться к этому продукту народного хозяйства, научиться применять энергосберегающие технологии. Вам, ребята, было дано опережающее задание: рассчитать, какое количество энергии потребляют ваши бытовые электроприборы за час, день, месяц. На доске выписаны полученные результаты. Проанализируем их.

Электроприбор	Расход энергии
	в час	в день	в месяц
Настольная лампа	60 Вт · ч	240 Вт · ч	7,2 кВт · ч
Чайник	2000 Вт · ч	1 кВт · ч	30 кВт · ч
Утюг	1600 Вт · ч	800 Вт · ч	2,4 кВт · ч
Стиральная машина	1300 Вт · ч	2,6 кВт · ч	13 кВт · ч
Обогреватель	1500 Вт · ч	3 кВт · ч	90 кВт · ч

 

За месяц расход энергии получается значительный, если учесть, что многие электроприборы работают одновременно. Как снизить эти потери?

Учащиеся. Не забывать выключать настольную лампу, когда выходишь из комнаты. Если в день, допустим, мы уменьшим работу настольной лампы на 15 мин, то количество потребляемой энергии снизится в день на 15 Вт · ч, в месяц это составит 450 Вт · ч.

Учитель физики. Какие ещё можно предложить энергосберегающие технологии?

Учащиеся. Я подсчитал количество энергии, которое потребляет электрообогреватель мощностью 1500  Вт. Если обогреватель работает 2 ч в день, то потребляемая энергия составит 3 кВт · ч. Эта энергия эквивалентна той, которую необходимо затратить, чтобы выплавить 60 кг чугуна. Чтобы уменьшить расход энергии, нужно утеплить окна.

Учитель физики. Приведённые вами примеры показывают, как нужно беречь электроэнергию, но мы не задумываемся, что все предметы, которые нас окружают – парты, стулья, школьные принадлежности, наша одежда, – всё это сделано с использованием электрической энергии. Бережное отношение к этим вещам в конечном счёте тоже можно отнести к энергосберегающим технологиям. Ученица вашего класса написала небольшой рассказ на эту тему, он называется «Разговор со школьной партой» (Приложение 10).

5. Итоги урока

Учитель географии. Подведём итог урока. Электроэнергетика – это основа народного хозяйства и нашего быта. Основные минеральные ресурсы – источники энергии – являются исчерпаемыми, и мы не должны об этом забывать. Кроме того, мы должны учитывать напряжённость экологической ситуации, разумно и бережно пользоваться электрической энергией.

 

Литература

1. Алексеев А.И. География России: учеб. для общеобразоват. учреждений. М.: Дрофа, 2002. Кн. 2.
2. Пёрышкин А.В., Гутник Е.М. Физика. 9 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений. М.: Дрофа, 2006.
3. География-9: Атлас. М.: Дрофа, 2005.

 

Наталия Ивановна Касаткина – учитель географии 1-й квалификационной категории, окончила МОПИ в 1982 г., педагогический стаж 27 лет. По окончании института работала в школе № 55, а в 1994 г. пришла работать в свою родную школу № 816, под «крыло» своего учителя географии Л.В. Малето. Успешно сочетает работу учителя-предметника с работой классного руководителя.

Елена Викторовна Борисова в 1982 г. окончила МАИ. С 1992 г. преподаёт физику в школе № 816.
Сейчас имеет высшую квалификационную категорию.

---

^* Все приложения приводятся в электронном виде. – Ред.