Проектно-исследовательская работа "Экологически чистые источники энергии"

Введение…………………………………………………………………

Глава 1. Энергия – основа процессов жизнедеятельности на Земле.

1.1. Организация исследования…………………………………………2

1.2. Определение понятия «энергия» …………………………………..3

1.3 Виды энергии…………………………………………………………4

1.4 Источники чистой энергии…………………………………………..4

Глава 2. Практика получения экологически чистой энергии.

2.1. Использование солнечных батарей для получения энергии……...8

2.2. Преобразование энергии ветра……………………………………...9

2.3. Получение электрической энергии за счет энергии движения

       воды …………………………………………………………………..10

2.4 Биотопливо как источник получения экологически чистой энергии…………………………………………………………………….10

Заключение……………………………………………………………….11

Список использованных источников…………………………………12

Введение

Энергия является основой всех процессов на Земле. Энергия – это то, благодаря чему существует жизнь не только на нашей планете, но и во Вселенной. При этом она может быть очень разной. Так, тепло, звук, свет, электричество, микроволны, калории представляют собой различные виды энергии. Большую часть энергии всё существующее на Земле получает от Солнца, но имеются и другие ее источники. Но мы не можем  потрогать энергию  или увидеть. Это невидимая сила, которая нужна всем и всюду.  

В повседневной жизни мы всюду встречаем проявления энергии. Транспорт работает на основе тепловой, электрической энергии, дома отапливают батареи - это пример тепловой энергии, бытовые приборы работают от электричества, которое вырабатывается электростанциями, использующими природные ресурсы: уголь, газ. Для производства бензина и дизельного топлива используется еще один природный ресурс – нефть.  

Основными природными источниками получения электрической и тепловой энергии являются газ, нефть и уголь. Но что будет, если они когда-нибудь закончатся? Кроме того, их использование для получения разных видов энергии, очень сильно загрязняет атмосферу и земную поверхность, нарушая природные связи.

Глава 1. Энергия – основа процессов жизнедеятельности на Земле.

1. Организация исследования.

Актуальность. 

 Идея нашей работы возникла после урока окружающего мира.  На уроке мы посмотрели видеоролик об охране окружающей среды, и нас очень впечатлили кадры: измученные птицы в нефтяном пятне, загрязненные водоемы и, черное от дыма, небо над городом.

У некоторых ребят на глазах были слезы. После этого возник разговор о причинах этих страшных явлений и возможности их предотвращения.

Все дело в том, что использование основных природных источников для получения энергии   приводит к таким последствиям.

Цель.   Мы задались целью выяснить, есть ли в природе более чистые источники энергии и исследовать способы ее получения.

Гипотеза.  Наша гипотеза заключается в том, что энергию можно получить экологически чистым путем, используя альтернативные источники.

Задачи. Для достижения цели нашего исследования необходимо:

1.Собрать и изучить информацию по теме исследования из разных источников.

1.Выяснить значение научных слов по теме и создать словарь терминов.

3.Провести ряд опытов для исследования способов добычи экологически чистой энергии.

1.2. Определение понятия «энергия»

Энергия – это общая количественная мера различных форм движения материи. Энергия – явление многостороннее и многозначное. Само слово «энергия» заимствовано из греческого языка и означает «действие».

 Ею пропитан наш мир. Энергия может находиться в людях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах. Энергия поднимает в космос ракеты, движет автомобилями, кораблями и самолетами, зажигает миллионы огней больших городов. Энергия дает нам свет, тепло, связь.

1.3 Виды энергии

В природе существует множество самых разных видов энергии. Основными из них считаются:

• механическая;
• электромагнитная;
• электрическая;
• химическая;
• тепловая;
• ядерная (атомная).

Есть и другие виды энергии: световая, звука, магнитная. В последние годы все большее число ученых-физиков склоняются к гипотезе о существовании так называемой «темной» энергии. Каждый из перечисленных ранее видов имеет свои особенности.

Например, энергия звука способна передаваться при помощи волн. Они способствуют возникновению вибрации барабанных перепонок в ухе людей и животных, благодаря которой можно слышать звуки.

 В ходе различных химических реакций высвобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности всех организмов. Любое топливо, продукты питания, аккумуляторы, батарейки являются хранилищем этой энергии. 

            Виды энергии различаются по способу её получения. Так, энергия, которая возникает при движении предмета, одушевленного или неодушевленного, называется механической.

          При нагревании чего-либо возникает тепловая энергия.  В ходе химической реакции высвобождается химическая энергия, а при распаде атомов – ядерная.

          Есть и другие виды энергии – электрическая, гравитационная, солнечная и т.д.

Чем дальше движется в своем развитии человечество, тем больше используется энергии, для получения которой добываются и используются природные ископаемые: газ, нефть, уголь и другие.

Их запасы быстро истощаются, а также при их использовании сильно загрязняется Земля. Со временем это может привести к экологической катастрофе.

Поэтому на сегодняшний день поиск новых, экологически чистых источников энергии – главная мировая задача нового тысячелетия. Ученые используют новые источники энергии, которые, во-первых, возобновляются, а во-вторых,  не загрязняют  окружающую  среду.

1.4. Источники чистой энергии

           Новые источники природа сама подарила людям в виде стихии ветра, воды и солнца.  

Люди научились добывать энергию при помощи океанских волн и течений, теплых подземных источников, солнечных лучей, порывов ветра. Энергию вырабатывают из рисовой шелухи и даже из банановой кожуры. Эти источники энергии экологически чистые и абсолютно безопасные для природы и человека.

Итак, выделим основные виды источников чистой энергии:

ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА ИЛИ СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА- это направление энергетики, основанное на использовании солнечного излучения для получения энергии. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии – Солнце – и является энергетически чистой, то есть не производящей вредных отходов.

Рис.1 Солнечные батареи

ЭНЕРГИЯ ВЕТРА ИЛИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА – отрасль энергетики, которая преобразует энергию воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую или тепловую энергию. Такое преобразование осуществляется ветрогенераторами (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), паруса (для использования в транспорте) и другими.

Энергия ветра, так же, как и энергия Солнца относится к возобновляемым источникам энергии.  

Рис.2 Ветряные мельницы (ветряки)

ЭНЕРГИЯ ВОДЫ ИЛИ ГИДРОЭНЕРГЕТИКА - получение электрической энергии за счет энергии движения воды.  Гидроэлектростанция — это электростанция, использующая в качестве источника энергии энергию водных масс.  Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

Рис.3 Гидроэлектростанция

БИОТОПЛИВО -  это топливо, полученное из растительного или животного сырья, промышленных отходов. Бывает жидкое (например, биодизель):

Рис.4 Биодизель на заправочной станции и биодизель из разных сортов масла

твердое (дрова, древесные гранулы):

Рис.5 Дрова

Рис.6 Древесные гранулы

и газообразное (водород):

Рис.7 Обозначение водорода

Глава 2. Практика получения экологически чистой энергии.

А сейчас мы рассмотрим, как получают энергию из этих чистых источников энергии на практике.

2.1. Использование солнечных батарей для получения энергии

Еще в древности люди начали задумываться о возможностях применения солнечной энергии. Согласно легенде, великий греческий ученый Архимед сжег неприятельский флот, осадивший его родной город Сиракузы, с помощью системы зажигательных зеркал. Доподлинно известно, что около 3000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался водой, нагретой солнечной энергией. Древние жители Африки, Азии и Средиземноморья получали поваренную соль, выпаривая морскую воду. Однако больше всего людей привлекали опыты с зеркалами и увеличительными стеклами. Настоящий "солнечный бум" начался в XVIII столетии, когда наука, освобожденная от пут религиозных суеверий, пошла вперед семимильными шагами.

Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров. Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это был всего лишь деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода, налитая в немудреное приспособление, нагревалась солнцем до 88°С. В 1774 году великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца.                    

Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды и гранит - за минуту.

           Первые солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую, были построены опять-таки во Франции.

В 1953 году ученые Национального аэрокосмического агентства США создали настоящую солнечную батарею - устройство, непосредственно преобразующее энергию солнца в электричество.

Солнечная батарея — несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. Фотоэлемент это электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую. Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП),поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий.

2.2. Преобразование энергии ветра

Использование энергии от ветра и превращение её в возобновляемые источники электроэнергии имеет много преимуществ. И хотя энергия ветра имеет долгую историю, начиная от 5000 до н.э., технология никогда не была более выгодной, чем сейчас. В самом деле, в последние месяцы многие государства используют этот способ получения электроэнергии. В Дании это 42 % всего производимого  электричества; в Португалии — 27 %; в Никарагуа — 20 %; в Испании — 19 %. Ветер является источником экологически чистой энергии, которая практически не имеет загрязняющих свойств или побочных эффектов.

Технологии энергии ветра используют энергию ветра для практических целей, таких, как производство электроэнергии, зарядку батарей, откачку воды и помол зерна. Механическая или электрическая мощность образуется за счет кинетической энергии ветра.

Турбинные лопатки аналогичны лопастям на самолете. Турбины поворачиваются, когда лопасти создают силу от прохождения ветра. Это вращающееся действие поворачивает генератор, который создает электричество.

Поскольку скорость ветра обычно увеличивается с высотой над поверхностью земли (вследствие уменьшения трения с землей), ветровые турбины монтируются на башню, чтобы захватить больше энергии ветра. На высоте 30 метров или больше над землей ветер быстрее и более равномерен.

Существуют различные стили и много различных размеров ветряных турбин для удовлетворения различных потребностей.

 Наиболее распространенным является  стиль, где турбина с  двумя или тремя лопастями располагается с  подветренной стороны башни.

Существуют малые ветряные турбины используемые, например, для зарядки аккумуляторов на яхте  турбины для молочных ферм и отдаленных деревень.

2.3. Получение электрической энергии за счет энергии движения

       воды

Одно из замечательных свойств воды в том, что её энергия неисчерпаема. Энергия воды заключается не в ней самой, а в движущемся  потоке. А её величина  зависит от массы воды и высот, с которой этот поток падает. Другими словами, чем быстрее движется вода, тем большей энергией она обладает. Поэтому горная река, мчащаяся с вершин к равнине – настоящая кладезь энергии.

С древних времен люди используют энергию воды для помола зерна. Первым механическим устройством для преобразования энергии воды было водяное колесо с поперечно установленными по ободу лопатками. Его насаживали на ось, установленную поперек реки. Бегущий поток подхватывал лопатки и вращал колесо.

Позднее на заводах и фабриках с помощью подобных колес, но значительно большего размера, приводили в движение механизмы и машины. Однако, эти конструкции не могли работать бесперебойно: в засуху полноводные реки превращались в ручейки, и предприятия оставались без энергии.

Сегодня для получения энергии используют высокотехнологичные металлические водяные колеса – турбины. Выработанную таким способом называют гидроэлектроэнергией (слово «гидро» означает вода). Значительную часть производимой в мире электроэнергии вырабатывают на гидроэлектростанциях.

2.4 Биотопливо как источник получения экологически чистой энергии

Энергия, скрывающаяся в растительной массе, является практически неиссякаемой, ведь ее источником служит наше солнце. Растения умеют использовать энергию солнца, перерабатывая ее для своего роста.  В свою очередь, животные и птицы получают энергию, питаясь биомассой, при этом производят продукты жизнедеятельности.

 По определению, биотопливо — это горючее, получаемое из сырья растительного или животного происхождения, а также отходов жизнедеятельности и различных производств, связанных с обработкой биомассы.

 Современные технологии позволяют получать биотопливо в трех видах: твердом, жидком и газообразном. 

Твердое горючее мы встречаем в жизни наиболее часто в виде  различных брикетов, получаемых методом прессования. Жидкое топливо – биодизель –  пока еще редкость, это обусловлено наличием большого количества ископаемых углеводородов по приемлемой цене. В то время как получать жидкое биотопливо из растительного масла достаточно дорого и технологически сложно. 

Производство горючего биогаза гораздо проще и дешевле, вследствие чего набирает все большую популярность. Владельцы животноводческих и птицеферм все чаще задумываются о приобретении биогазовой установки, ведь в их распоряжении имеется огромное количество помета и навоза, что как нельзя лучше подходят для этой цели.

Заключение

В рамках нашего проекта мы поставили цель – исследовать новые (экологически чистые) источники энергии и выдвинули гипотезу, что энергия может быть экологически чистой, а природные источники возобновляться и не загрязнять окружающий мир.

Для достижения нашей цели мы собрали и изучили информацию о различных источниках энергии и провели опыты, подтверждающие нашу гипотезу.

В результате проведенной исследовательской работы мы сделали следующие выводы:

• Энергию можно получить, используя солнечный свет, ветер, воду и биоматериал.
•  Энергия, полученная такими способами, не заканчивается, потому что источники возобновляются.
• Такая энергия не загрязняет окружающую среду, то есть является экологически чистой

Список использованных источников

http://www.kids.myenergy.ru/theory_and_power_practice/what_is_the_energy/

http://greenplaneta.org/posts/alternativnye-istochniki-energii/

http://ultraprogress.ru/istochniki-energii/solnechnaya-energetika.html

http://ikaketosdelano.ru/kak-rabotayut-vetryaki/

http://www.topwonders.ru/islandiya/gejzer-strokkur.html

http://periskop.livejournal.com/1288679.html

http://venture-biz.ru/katalog-proektov/khimiya-neftekhimiya/31-biotoplivo-biodizel-wood-based-biodiesel

http://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/pechi-i-sistemy-otopleniya/biotoplivo-svoimi-rukami.html

http://xn----8sbfc0beind4ap5i.xn--p1ai/drova-tverdyh-porod.html

http://www.biowatt.com.ua/novosti/v-kanade-budut-razrabatyvat-standarty-na-tverdoe-biotoplivo/

http://energycraft.org/vodorod/neft-ili-vodorod.html

https://ru.wikipedia.org

http://www.vestikavkaza.ru/news/V-CHechne-zarabotala-pervaya-malaya-GES-na-reke-Argun.html