Производство, передача и использование электрической энергии (11 класс).

Семтина Т.Н., учитель физики МОУ «СОШ с углубленным изучением отдельных предметов№38» г. Саранска 

Цели урока:

1. Конкретизировать представление школьников о способах передачи электроэнергии, о взаимных переходах одного вида энергии в другой.
2. Дальнейшее развитие у учащихся практических навыков исследовательского характера, выведение познавательной активности детей на творческий уровень знаний.
3. Отработка и закрепление понятия «энергосистема» на краеведческом материале.

Оборудование: электробытовые приборы, трансформатор, таблицы, опорные конспекты для учащихся.

План урока. 

1. Оргмомент.
2. Постановка учебной проблемы
3. Изложение нового материала.
4. Повторение, обобщение, проверка знаний.
5. Домашнее задание, рефлексия.

ХОД УРОКА

1. Оргмомент

2. Перед классом ставится учебная проблема

Учитель: Практически вся жизнь человека в быту связана с электричеством. А что будет, если его не станет?

Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?

А. Мицкевич

А, действительно, как  бы жила планета? Ведь было время, когда люди жили без света. Трудно жили.

Небольшой экскурс в историю:

1920 год. Вспомните, какие решения и проекты,  важные для перестройки экономики страны были приняты в этом году?
В первые годы после гражданской войны перед народом встала задача восстановления народного хозяйства и в феврале 1920 года была создана комиссия по электрификации, которая предложила план ГОЭЛРО. Этим планом предусматривалось: 

1. Опережающее развитие электроэнергетики;
2. Повышение мощности электростанций;
3. Централизация производства электроэнергии;
4. Широкое использование местного топлива и энергетических ресурсов;
5. Постепенный переход промышленности, сельского хозяйства, транспорта на электроэнергию.

Материалы Государственного архива Мордовии позволяют назвать 1928 год основной точкой отсчета в деле государственного развития энергетики нашего региона. Однако первые её задатки возникли ещё в 19 веке. Это были первые небольшие электростанции, оборудованные на базе паровых и нефтяных двигателей в сельской местности. Они создавались, как правило, на предприятиях по переработке сельскохозяйственного сырья. До 1928 года энергосистема Мордовии состояла в основном из нескольких мелких источников электричества в виде разрозненных динамомашин и локомобилей отдельной мощностью от 3 до 18 киловатт. И лишь в Саранске была дизельная электростанция земского ведомства мощностью 105 киловатт.

Если бы не принятый План ГОЭЛРО, электрификация Мордовии отодвинулась бы на неопределенную перспективу.

– Почему именно развитие электроэнергетики было поставлено на первое место для развития государства?
– В чем преимущество электроэнергии перед другими видами энергии?
– Как осуществляется передача электроэнергии?
– Какова энергосистема нашего региона?
– Вот вопросы на которые мы с вами ответим в процессе нашего урока.

Тема нашего урока: Производство, передача и использование электрической энергии.
По ходу урока делайте записи в конспектах, лежащих перед вами.

3. Беседа  с  учащимися

 – В чем преимущество электроэнергии перед другими видами энергии?

1. Ее можно передавать по проводам в любой населенный пункт;
2. Можно легко превращать в любые виды энергии;
3. Легко получать из других видов энергии;

Учитель: Какие виды энергии можно преобразовать в электрическую?

Ответы  учащихся.

Учитель: Где производится электроэнергия?

В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции бывают:

Ответы  учащихся: 

1. Ветряные
2. Тепловые
3. Гидравлические
4. Атомные
5. Приливные
6. Геотермальные

Учитель: Давайте рассмотрим,  какие виды энергии преобразуются от источника энергии – топлива до ее конечного использования   на ТЭС?

Ответы  учащихся:

Учитель. Какие виды энергии преобразуются на ГЭС? (самостоятельно)

(сделать  запись  в  конспект)

Учитель: Сравните, то что у вас получилось с текстом учебника  (стр. 63)
Произведенная электроэнергия передается к потребителю. Кто, на ваш взгляд, являются основными потребителями электроэнергии?

Ответы учащихся: 

1. Промышленность (почти 70%)
2. Транспорт
3. Сельское хозяйство
4. Бытовые нужду населения

Учитель (в беседе с учащимися): Вся ли энергия, получаемая на электростанции, доходит до потребителя? Почему происходят потери при передаче электроэнергии?

При прохождении тока по проводам, они нагреваются. По закону Джоуля-Ленца учитывая что , получим  .
Отчего зависит количество теплоты, выделяемое в проводах?
Чем сила тока, удельное сопротивление и длина проводов, тем количество теплоты и наоборот. Чем площадь поперечного сечения провода, тем количество теплоты. Но увеличивать S не выгодно, так как это приведет к увеличению массы проводов.
Уменьшить количество теплоты можно за счет уменьшения силы тока. Для этого применяют устройство, называемое трансформатором.
Как вы думаете, каково его назначение?

Трансформатор – прибор, позволяющий преобразовать переменный электрический ток, таким образом, что произведение I1 U1= I2 U2.  Если повышать U, то I будет уменьшаться и наоборот.

Вот эта возможность преобразовывать силу тока за счет изменения напряжения практически без потерь и используется для передачи электроэнергии от производителя до потребителя. Трансформаторы могут быть повышающими и понижающими. При передаче электроэнергии на значительное расстояние напряжение повышают до нескольких сотен киловольт, поэтому на выходе из электростанции должен стоять повышающий  трансформатор. Но так как потребитель в основном использует более низкое напряжение, то на входе в населенный пункт ставят понижающий трансформатор.

Однако при очень большом напряжении в линиях переменного тока резко возрастают потери электроэнергии из-за возникновения коронного разряда. Чтобы этого не происходило, необходимо учитывать:
Чтобы амплитуда переменного напряжения  была допустима для данной площади поперечного сечения проводов.

Работа с таблицей: Производители электроэнергии, то есть электростанции разбросаны по всей стране и многие из них объединены высоковольтными линиями электропередач (ЛЭП), образуя общую электросеть, к которой присоединены потребители. Такое объединение называют энергосистемой. Оно позволяет сгладить «пиковые» нагрузки потребления электроэнергии и обеспечить бесперебойность подачи электроэнергии потребителю. 

4. Давайте рассмотрим энергосистему нашего региона. Линии и подстанции ОАО «Мордовэнерго» обеспечивают взаимное резервирование с Московской, Нижегородской, Чувашской, Ульяновской и Пензенской энергосистемами. Выполняя графики транзитных перетоков, Мордовская энергосистема участвует в устойчивой работе названных энергосистем и в значительной степени обеспечивает бесперебойную работу важнейшей передачи ЛЭП-500 кВ “Средняя Волга — Центр”, внося свой вклад в надежное энергоснабжение Центральной части России.

В ОАО "Мордовэнерго" нa балансе состоит 2627.2 км ВЛ 35-110 кВ (по трассе). 15433.1 км ВЛ-0.4-10 кВ (по трассе) и 104.768 км кабельных ЛЭП.

В том числе сельскохозяйственного назначения: ВЛ-0,4 кВ - 7286,9 км (по трассе). ВЛ-6-ЮкВ - 8145.2 км (по трассе), ВЛ-35-110кВ- 1946 км (по трассе), кабельных ЛЭП-0.4 кВ - 38.6 км. ЛЭП-6-10кВ-53.4км ОАО "Мордовэнерго" имеет 4 электросстевых филиала с незаконченным балансом: Саранские электрические сети. Комсомольские электрические сети. Краснослободекие электрические сети и Ковылкинские электрические сети. В их состав входит 21 район электрических сетей (РЭС). Все РЭС обслуживают сельские электрические сети.

5. Чтобы посмотреть, понятен ли вам материал, я предлагаю вам ответить на 5 вопросов (Приложение 1)
Проверьте себя (проверочная работа)

Возвращаясь к началу урока, к плану ГОЭЛРО хочу добавить, что по плану намечалось построить 30 электростанций: 20 тепловых и 10 гидравлических. И к 1935 году получить энергии до 8,8 (восьми целых восьми десятых) миллиардов кВт·ч.
К 1935 году было построено 40! Электростанций, которые вырабатывали 26,3 миллиардов кВт·ч в год.

Закончить свой урок я хочу опять словами А.Мицкевича:

Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?

6. Домашнее задание: §25-27.Ознакомительная работа со схемой энергосистемы (для желающих)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Учебник «Физика  11 класс», Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев
2. Учебник «Физика 11» Н.М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев, Д.Ш. Шодиев

Приложение 1

Вариант 1

1. Что является источником энергии на ТЭС?

1. Нефть, уголь, газ
2. Энергия ветра
3. Энергия воды

2. В какой области народного хозяйства расходуется наибольшее количество производимой электроэнергии?

1. В промышленности
2. В транспорте
3. В сельском хозяйстве

3. Как  изменится выделяемое проводами количество теплоты, если увеличить площадь поперечного сечения провода S?

1. Не изменится
2. Уменьшится
3. Увеличится

4. Какой трансформатор нужно поставить на линии при выходе из электростанции?

1. Понижающий
2. Повышающий
3. Трансформатор не нужен

5. Энергосистема — это

1. Электрическая система электростанции
2. Электрическая система отдельного города
3. Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи

Вариант 2

1. Что является источником энергии на ГЭС?

1. Нефть, уголь, газ
2. Энергия ветра
3. Энергия воды

2. Трансформатор  предназначен

1. Для увеличения срока службы проводов
2. Для преобразования энергии
3. Для уменьшения выделяемого проводами количество теплоты

3. Энергосистема — это

1. Электрическая система электростанции
2. Электрическая система отдельного города
3. Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи

4. Как  изменится выделяемое проводами количество теплоты, если уменьшить  длину провода?

1. Не изменится
2. Уменьшится
3. Увеличится

5. Какой трансформатор нужно поставить на линии при входе город?

1. Понижающий
2. Повышающий
3. Трансформатор не нужен