Экологические проблемы использования тепловых машин

Урок физики в 8 классе ОШ № 145 г. Донецка

Смотрова Лариса Ивановна

Тема: Экологические проблемы использования тепловых машин.

Цели: образовательные: закрепить знания устройства и принципа работы ДВС; понятия «коэффициент полезного действия теплового двигателя»; рассмотреть способы совершенствования тепловых двигателей; научить применять полученные знания на практике; понимать суть приближающейся экологической катастрофы, находить пути решения экологических проблем.

Развивающие: развивать познавательный интерес учащихся к предмету на основе связи с жизнью, логическое мышление, межпредметные связи с математикой, химией, устойчивую положительную мотивацию; иметь на все свою точку зрения; продолжить формирование приемов мыслительной деятельности - моделирования, анализа, синтеза, сравнения.

2. Воспитательные: воспитывать самостоятельность, активную жизненную позицию, умение преодолевать трудности, аккуратность при выполнении заданий, настойчивости и упорства, познавательную творческую деятельность учащихся, любовь к окружающей среде, ответственность за окружающую среду, патриотизм и гордость за достижения отечественной науки.

Оборудование: модели ДВС, паровой машины, плакаты с высказыванием о необходимости беречь окружающую среду.

Тип урока: комбинированный.

Ход урока.

1.Организационный момент:

Сообщение темы и целей урока. Цели обучаемые формулируют самостоятельно.

2. Проверка основных понятий предыдущих уроков.

1. Перечислить известные вам тепловые двигатели.

2. Какой двигатель вы бы выбрали для своего автомобиля? Почему?

1. Что такое КПД теплового двигателя?

3. Мотивация.

Комфортно ли нам жить в большом индустриальном городе?

Обучаемые перечисляют все преимущества и недостатки и приходят к выводу, что нелегко…

4. Изложение программного материала.

Проблемный вопрос: Тепловые двигатели - самые распространенные двигатели в мире.

Почему? Способствуют экономическому развитию, создают комфортные условия, удовлетворяют потребности человека в быстром передвижении.

А есть ли у тепловых двигателей недостатки?

Говоря о воздействии тепловых двигателей на окружающую среду необходимо вспомнить понятие экологических факторов. Существуют три типа факторов: абиотические, биотические, антропогенные. К абиотическим факторам относятся компоненты неживой природы: температура среды, влажность воздуха, магнитные и электрические поля, шум, радиоактивное излучение и т. п. Все эти факторы являются предметом изучения физики. Биотические факторы связаны с воздействием живых существ друг на друга. Антропогенные факторы - это формы человеческой деятельности, влияющей на живые внешней среды, определяющих условия жизни живых организмов на Земле.

При описании устройства и принципа действия ТЭС уместно отметить, что в настоящее время на их долю приходится большая часть выработки электроэнергии в нашей стране. Преимущества тепловых электростанций заключается в том, что они могут быть расположены на любой территории, работают практически на всех видах минерального топлива и вырабатывают не только электрическую, но и внутреннюю энергию (горячую воду для отопления и водоснабжения, пар для технических нужд). Но турбины ТЭС, приводимые в движение перегретым паром, необходимо охлаждать ; поэтому от них непрерывно отводится поток воды, имеющей обычно температуру 8-12 С. Эта вода сбрасывается в водоемы, где создается таким образом зона постоянного подогрева, что ведет к тепловому загрязнению водоемов и отрицательно сказывается на их экологическом балансе (например, ТЭС мощностью 3 МВт сбрасывает до 85-95 кубометров теплой воды в секунду).

Демонстрирую схему «материального» и энергетического балансов угольной ТЭС и отмечаю, что из всего количества затраченных материальных ресурсов в виде топлива и кислорода энергетика использует пока только часть, остальные идут в отходы - золу, шлак и т.д. Поступая в атмосферу, отходы включаются в природные процессы, нарушаю существующее в окружающей среде равновесие. Кроме того, выработанная ТЭС энергия в процессе ее передачи и потребления также в значительной мере «теряется» - превращается во внутреннюю энергию и рассеивается. Загрязнение природы ТЭС происходит и в итоге консервации и промывки ее оборудования. Вследствие этого увеличение масштабов производства электроэнергии на базе органических видов топлива может, по мнению ученых, привести в будущем к ряду неблагоприятных для жителей Земли результатов - изменению средней температуры атмосферы, появлению в ней вредных газов (СО, SO, NO и др.) в количествах, опасных для здоровья человека и всего живого. Следовательно, чтобы не усугублять этот процесс, необходимо рационально использовать энергию, получаемую на ТЭС: «отработанное» тепло (конденсат) направлять, например, для бытовых нужд населения (т.е. строить ТЭЦ), экономно расходовать электричество и т.д. Но главное - вести поиски экологически чистых источников энергии.

Используя межпредметные связи с биологией и географией обучаемые сообщают следующие факты.

Продукты неполного сгорания, попавшие в атмосферу, вступают в химические реакции с водяными парами воздуха и в виде микроскопических капелек растворов кислот переносятся на сотни и тысячи километров. На поверхность Земли выпадают так называемые кислотные дожди. Обычная дождевая вода должна иметь рН - 5,6 - 5,7. Но уже десятки лет из причин загрязнения атмосферы над Северной Америкой и Европой выпадают дожди с содержанием кислоты в десятки, сотни и даже в тысячи раз больше. По содержанию кислотные дожди иногда соответствуют уксусной или соляной кислоте.

В ходе эволюции живые организмы приспособились к физической и химической среде и могут существовать только в определенном интервале pН. Большинство организмов не выносят колебаний величины рН. Обмен веществ у них функционирует лишь в среде со строго определенным режимом кислотности-щелочности. Изменение PН вызывает биологическую перестройку водных систем. Когда pН снижается до 6,5 ... 6,0 погибают моллюски. При pН - 6,0 ... 5,0 погибают наиболее чувствительные планктонные организмы, некоторые виды рыбы. При рН > 10 вода гибельна для всех рыб. Максимальная продуктивность вод приходится на рН между 6,5 и 8,5.

Две известные компоненты кризиса - глобальное потепление и уменьшение озонового слоя в стратосфере - усиливают друг друга и так или иначе связаны с использованием тепловых двигателей и фреона. Глобальное потепление приводит к увеличению количества водяного пара в атмосфере и поглощения нижней ее частью инфракрасных лучей, которое в противном случае излучалось бы обратно в космос, пройдя через стратосферу. Вследствие этого стратосфера охлаждается, а нижняя часть атмосферы нагревается. Холодная стратосфера с большим количеством водяного пара означает большее количество кристалликов льда в озоновом слое, особенно в полярных регионах, где хлор- и фторуглероды смешиваются с озоном в присутствии льда и таким образом быстро уменьшают концентрацию озона. Что тоньше озоновый слой тем больше ультрафиолетовые лучи бомбардируют поверхность Земли и все организмы, живущие на ней. Ультрафиолетовое излучение поражает растения, которые в нормальных условиях поглощают большое количество СО₂ благодаря фотосинтезу, и, похоже, серьезно разрушает их способность к этому. Когда растения поглощают меньше СО₂, то этого газа становится в атмосфере больше, а это вызывает еще больше глобальное потепление и все большее охлаждение стратосферы.

Рассмотрев этот материал дети приходят к выводу, что человечество приближается к экологической катастрофе и чтобы этого не произошло необходимо усовершенствование тепловых двигателей: переход от твердого и жидкого топлива на газообразное; на транспорте замена тепловых двигателей на электрические.

В процессе изложения материала акцентирую внимание учащихся на то, что огромный вклад в улучшение экологической обстановки на планете вносят отечественные ученые. Много рационализаторских предложений вносят наши соотечественники дончане.

5. Закрепление материала.

Подводя итоги изучения материала можно сказать, что тепловые двигатели имеют как достоинства так и недостатки:

Достоинства:

1. Способствуют экономическому развитию.

2. Создают комфортные условия.

3. Удовлетворяют потребности человека в быстром передвижении.

Недостатки:

1. Загрязняют атмосферу.

2. Способствуют повышению температуры окружающей среды.

3. Истощают природные ресурсы.

4. Негативно влияют на состояние здоровья человека.

Попробуем вместе с вами обозначить основные направления борьбы с отрицательными последствиями применения тепловых двигателей:

Добиваться полного сгорания топлива.

Повысить эффективность сооружений, препятствующих выбросу в атмосферу отходов.

Электромобили.

Горючее из безвредных веществ.

Замкнутый цикл водоснабжения электростанций.

Экономное расходование электроэнергии.

Каковы же пути решения экологических проблем?

Выводы учащихся обобщает один ученик:

1. Использование альтернативного топлива.

2. Использование альтернативных двигателей (электрических, солнечных, ветровых, геотермальных).

3. Оздоровление окружающей среды (переработка бытовых отходов и отходов производства, уменьшение вредных выбросов в атмосферу).

4. Воспитание экологической культуры.

Каждый человек может и должен внести свой вклад в сохранение нашей планеты.

Хочется закончить этот урок словами Е. Евтушенко:

«Берегите эти земли, эти воды

Даже малую былиночку любя.

Берегите всех зверей внутри природы,

Убивайте лишь зверей внутри себя!»

6. Подведение итогов урока с выставлением и комментированием оценок, используя механизм ценения.

7. Домашнее задание. Выучить § 20.

Подготовить доклад - презентацию:

1. Использование солнечной энергии

2. Использование энергии ветра

3. Приливные электростанции

4. Атомная энергетика (экология)

5. Электромобили.