Научно-исследовательский проект "Его величество электричество"

Районная  научно-практическая конференция
младших школьников «Шаг в будущее»

Секция «ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ»

ЕГО ВЕЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСТВО 

Ибляминов Дамир Ришатович,

ученик 3 б класса

МБОУ «Трехпротокская СОШ»

Руководитель:
Махмудова Флюра Уразбиковна, учитель начальных классов МБОУ «Трехпротокская СОШ»

Астрахань 2014

Оглавление

Введение. 2

Основная часть. 4

Электрическая энергия и её значение в жизни человека. 4

Электростанции (как производится электроэнергия). 5

Характеристика энергосистемы Астраханской области. 7

Мой личный опыт расходования электроэнергии. 8

Способы экономии и сбережения электроэнергии . Лампы.. 9

Какая выгода в сбережении энергии (для потребителя и для человечества) 11

Заключение. 14

Список использованной литературы.. 15

Введение

Актуальность работы

Значение электричества в нашей жизни трудно переоценить. Когда из-за аварии отключается электроэнергия, мы понимаем, что без него невозможно, приготовить пищу, посмотреть телевизор, не работают все электроприборы. Я выбрал эту тему потому, что я захотел узнать, как вырабатывается электричество. Какую стоимость оно имеет.

Актуальность моей работы заключается в том, что каждый должен знать как сэкономить электрическую энергию, тем самым, во-первых  сэкономит собственные деньги и во-вторых сэкономит ресурсы, которые используются для производства электричества. Ведь оно создаётся из очень важных не всегда возобновляемых ресурсов. Из таких, как вода, топливо, ветер, тепло. Получается, что тратя энергию, мы тратим и необходимые для жизни ресурсы, и деньги, и электричество.

Все говорят о том, что необходимо экономить электричество, но многие не знают как это сделать, и не понимают  для чего это необходимо.

Моя гипотеза – «Есть простые способы экономии электричества».

Цели и задачи исследовательской работы

Цели: Узнать, что такое электричество;                  

Узнать, как вырабатывается электрическая энергия.

Выяснить, зачем нужно сберегать электроэнергию;               

Задачи: Рассчитать потребляемое нашей семьёй электроэнергию;

Провести опыт по снижению затрат и сделать выводы по результатам;

Посмотреть в Интернете дополнительную информацию;

Спросить информацию у учителей или у родителей.

Основная часть.

Электрическая энергия и её значение в жизни человека.

Что такое электричество?

Около 2000 лет назад древнегреческий философ Фалес обнаружил, что, если кусок янтаря потереть о шелк или перышко, они притянутся к янтарю. Сейчас мы уже знаем, что при трении в янтаре возникает электрический заряд. Эту энергию люди научились использовать много позже, когда изобрели батарею, вырабатывающую электрический ток. Само слово «электричество» происходит от греческого названия янтаря - электрон.

Электричество — один из видов энергии. Электрическая энергия заставляет работать электропоезда, электрические лампочки, компьютеры, радиоприемники, телевизоры и многие другие устройства.

Электричество - невидимый вид энергии, создаваемой движением заряженных частиц. Все вокруг, в том числе и люди, и воздух, которым мы дышим, состоит из атомов. В центре каждой из этих мельчайших частиц находится положительно заряженное ядро, а вокруг него обращаются отрицательно заряженные электроны. Электричество возникает, когда электрон перепрыгивает на другой атом. Такой процесс может быть вызван магнитным полем генератора, химической реакцией в батарее или трением.

В основном, мы используем электричество в виде электрического тока, который распространяется по проводам. Так же, в быту мы используем элементы питания (батарейки), хранящие электрический заряд.

Другими словами, электричество — это явления, которые созданы с помощью действий электрических зарядов. Электрические явления бывают разными: от магнитных явлений до световых явлений.

Электрические явления в живой и неживой природе изучает наука – физика.

У электричества есть множество характеристик и параметров, такие как сила тока, напряжение, частота и другие. Для моей исследовательской работы важны 2 параметра, это мощность и объем работы.

Мощность - это количество энергии, потребляемое прибором за единицу времени. Мощность прибора измеряется в Ваттах.

Объем работы, выполненный прибором, и, соответственно энергия, затраченная на ее выполнение, определяется как произведение мощности на время работы, то есть, Ватт в час. Более распространенное название - киловатт в час или кВтч.

Роль электричества в жизни человека.

         Электричество – это важный ресурс необходимый каждому человеку для жизни. Конечно, можно обойтись и без него, используя газовые печи, тазики для стирки, раковину и посуду, свечи, и не используя компьютер и телевизор, но всё электрическое оборудование было придумано для улучшения жизни человека. Компьютер и телевизор созданы не только для развлечений, но и для важных работ, получения информации, проведения опытов, просматривания результатов. С помощью посудомоечной машины, можно не тратить время на мойку посуду. С помощью стиральной машины, можно не терять время на стирку. С помощью маленькой электроплиты человеку стало легче и быстрее готовить пищу. С помощью ламп стало в комнатах гораздо светлее, особенно это важно для северных широт, где есть  полярная ночь.

Трудно представить себе современную жизнь без электричества. Иногда, когда аварийно отключается свет, человек себя чувствует беспомощным.

Электричество является катализатором научно-технического прогресса.

Электростанции (как производится электроэнергия).

В основном мы пользуемся электричеством, которое производят электростанции. Электрический ток производится на электростанции и оттуда распространяется по электросети через высоковольтные линии электропередачи. Он проходит через подстанции и трансформаторы, которые снижают его напряжение, чтобы током можно было пользоваться в домах и на предприятиях. На электростанции установлены генераторы, внутри которых находятся катушки с намотанными на них проводами. Каждая катушка вращается между двумя мощными магнитами, и из-за этого в проводах возникает электрический ток. По линиям электропередач и подземным кабелям электричество с электростанции поступает туда, где оно необходимо.

Все провода и кабели связаны между собой и образуют электрическую сеть. Провода линий электропередачи находятся под очень высоким напряжением и называются высоковольтными. Перед тем как ток поступит в дома и на предприятия, специальные устройства трансформируют его и уменьшают напряжение, так что можно пользоваться электричеством без опасности для жизни.

В домах ток поступает из электрических розеток в стенах и проходит через все подключенные к ним электроприборы. Затем он по другим проводам возвращается обратно на электростанцию, и электрическая цепь замыкается.

У себя дома мы пользуемся переменным электрическим током, который течет то в одном направлении, то в противоположном. Смена направления происходит примерно 50 раз в секунду — так быстро, что мы даже не замечаем, например, как мигает лампочка.

Производство электрической энергии называется генерацией. По своей сути это процесс преобразования различных видов энергии в электрическую на индустриальных объектах, называемых электрическими станциями.

В настоящее время существуют следующие виды генерации:

- Тепловые электростанции (ТЭС). Тепловая энергия от сгорания нефтепродуктов, природного газа, торфа, угля, дров и других горючих материалов преобразуется в электрическую энергию. Принцип генерации: в котле сжигается топливо и за счёт выделяемого тепла нагревается пар под давлением. Далее нагретый пар подаётся в паровую турбину, где его тепловая энергия преобразуется в энергию вращения. Вал турбины вращает ротор электрогенератора — таким образом, энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, которая подаётся в сеть;

- Атомные электростанции (АЭС). Принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделяется не при сжигании топлива, а при делении атомных ядер в ядерном реакторе. Дальше схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: пар нагревается в реакторе, поступает в паровую турбину и т. д.

- Гидроэлектростанции (ГЭС). В гидроэнергетике в электрическую энергию преобразуется кинетическая энергия течения воды. Для этого при помощи плотин на реках искусственно создаётся перепад уровней водной поверхности (т. н. верхний и нижний бьеф). Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний по специальным протокам, в которых расположены водяные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина же вращает ротор электрогенератора.   

В последнее время исследования показали, что мощность морских течений на много порядков превышает мощность всех рек мира. В связи с этим ведётся создание опытных морских гидроэлектростанций.

- Станции альтернативной энергетики. К ней относятся способы генерации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие достаточного распространения. Альтернативная энергетика основана на использовании возобновляемых ресурсов (ветер, солнце, термальные источники).

Основными видами альтернативной энергетики являются:

·                   Ветроэнергетика — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии;

·                   Гелиоэнергетика — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей;

·                   Геотермальная энергетика — использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии;

·                   Водородная энергетика — использование водорода в качестве энергетического топлива;

·                   Приливная энергетика использует энергию морских приливов;

·                   Волновая энергетика основана на использовании энергии волн.

Все перечисленные виды альтернативной электроэнергетики не получили широкого распространения в связи объективными причинами:

- маломощность;                                                                                       

- дороговизна;

- непостоянство генерации, и, следовательно, необходимость аккумулирования энергии;

- географическая ограниченность.

За  последние   годы состав генерирующих мощностей в мире[1]:

63 % - тепловые электростанции;

18 % - атомные электростанции;

14 % - гидроэлектростанции;

5 % - альтернативные виды энергетики (геотермальные, ветряные, солнечная энергия и др.).

Характеристика энергосистемы Астраханской области

Астраханская энергосистема обеспечивает централизованное электроснабжение потребителей, расположенных на территории области. Она входит в объединенную энергосистему Юга (ОЭС Юга).

Энергосистема Астраханской области является тупиковой и связана с энергосистемой Волгоградской области двумя линиями электропередачи на напряжение 110 кВ и четырьмя линиями электропередачи на напряжение 220кВ, кроме того, относительно небольшая часть электроэнергии по электрическим сетям напряжением 35-110, 220кВ передается в энергосистемы республик Калмыкии и Казахстана.

Электроэнергия для потребителей Астраханской области отпускается с подстанций 35-220 кВ по электрическим сетям 6-10кВ.

На территории Астраханской области действуют три тепловые электрические станции:

- Астраханская ГРЭС (ООО «ЛУКОЙЛ – Астраханьэнерго»);

- Астраханская ТЭЦ-2 (ООО «ЛУКОЙЛ – Астраханьэнерго»);

- ТЭЦ-Северная (ОАО «ТЭЦ-Северная»).

Общая установленная мощность тепловых электростанций Астраханской области

составляет:

-установленная электрическая мощность – 504 МВт,

-установленная тепловая мощность – 1328 Гкал/час.

Таблица 1

Мой личный опыт расходования электроэнергии

Мной был проведен следующий эксперимент.

•      В течении двух месяцев мы с родителями фиксировали показания счетчика. И определили что в среднем в день в нашей семье расходуется примерно 40кВт электроэнергии. В течении 14 дней мы соблюдали очень простые правила

•      Мы стали следить за тем, чтобы лампочки без надобности в комнатах, прихожей, ванне не горели.

•      Уходя, выключали телевизор из розетки.

•      Грели воду для чая ровно столько, сколько понадобиться. Излишки горячей воды заливали в термос.

•      Делали уроки в дневное время – не используя электроэнергию.

•      Старались следить за чистотой нашей одежды, вешали ее на плечики, что бы реже  стирать и гладить

Все это очень простые и знакомые каждому человеку советы, но многие про них забывают

По истечении периода эксперимента я получил следующие результаты.

За первые две недели общий расход электроэнергии составил – 564 кВтч. За вторые – 533,8 кВтч. Отклонение – примерно 30 кВтч. Было сэкономлено 75,9 руб. Конечно сумма незначительная, но если посчитать экономию за год, то она составит  795 кВт = 2011,35 руб.

Способы экономии и сбережения электроэнергии . Лампы

По традиции мы для освещения своих квартир применяем обычные лампочки накаливания. В зависимости от потребностей необходимого освещения используем различные мощности этих ламп – 40 Вт, 60 Вт, 75 Вт.

Коэффициент полезного действия в традиционных лампочках накаливания очень мал, и в лучшем случае достигает 50 %. Из чего следует, что из той электроэнергии потребляемой лампами накаливания, за которую мы заплатили, только половина пошла на реальное освещение квартиры или помещения. Вторая половина потраченной электроэнергии потрачена на нагрев данной лампочки накаливания.

Технический прогресс не стоит на месте, и терпеть такое расточительство традиционных ламп накаливания современные изобретатели не могли. На смену старой лампе накаливания пришла новая лампа – комплексная люминесцентная лампа или энергосберегающая лампа.

С устройством лампы накаливания знакомы многие. Под действием электрического тока вольфрамовая нить в лампочке раскаляется до яркого свечения. Но не все знают, как устроена энергосберегающая лампа.

Энергосберегающие лампы состоят из колбы, наполненной порами ртути и аргоном, и пускорегулирующего устройства (стартера). На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество, называемое люминофор. Люминофор, это такое вещество, при воздействии на которое ультрафиолетовым излучением, начинает излучать видимый свет. Когда мы включаем энергосберегающую лампочку, под действием электромагнитного излучения, поры ртути, содержащиеся в лампе, начинают создавать ультрафиолетовое излучение, а ультрафиолетовое излучение, в свою очередь, проходя через люминофор, нанесенный на поверхность лампы, преобразуется в видимый свет.

Преимущества энергосберегающих ламп

1. Экономия электроэнергии. Коэффициент полезного действия у энергосберегающей лампы очень высокий и световая отдача примерно в 5 раз больше чем у традиционной лампочки накаливания. Например, энергосберегающая лампочка мощностью 11 Вт создает световой поток равный световому потоку обычной лампы накаливания 60 Вт. Благодаря такому соотношению энергосберегающие лампы позволяют экономить экономию на 80% при этом без потерь освещенности комнаты привычного для вас. Причем, в процессе долгой эксплуатации от обычной лампочки накаливания световой поток со временем уменьшается из-за выгорания вольфрамовой нити накаливания, и она хуже освещает комнату, а у энергосберегающих ламп такого недостатка нет.

2. Долгий срок службы. По сравнению с традиционными лампами накаливания, энергосберегающие лампы служат в несколько раз дольше. Обычные лампочки накаливания выходят из строя по причине перегорания вольфрамовой нити. Энергосберегающие лампы, имея другую конструкцию и принципиально иной принцип работы, служат гораздо дольше ламп накаливания в среднем 5-15 раз. Это примерно от 5 до 12 тысяч часов работы лампы.

3. Низкая теплоотдача. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия у энергосберегающих ламп, вся затраченная электроэнергия преобразуется в световой поток, при этом энергосберегающие лампы выделяют очень мало тепла.

4. Большая светоотдача. В обычной лампе накаливания свет идет только от вольфрамовой спирали. Энергосберегающая лампа светится по всей своей площади. Благодаря чему свет от энергосберегающей лампы получается мягкий и равномерный, более приятен для глаз и лучше распространяется по помещению.

5. Выбор желаемого цвета. Благодаря различным оттенкам люминофора покрывающего корпус лампочки, энергосберегающие лампы имеют различные цвета светового потока, это может быть мягкий белый свет, холодный белый, дневной свет, и т.д.;

Недостатки использования энергосберегающих ламп заключаются прежде всего в большей, по сравнению с лампой накаливания стоимостью (в 10-20 раз), а также сложностью утилизации (требуется специальная утилизация). Кроме того, в случае если лампа разбилась, необходимо проводить демеркуризацию, то есть удаление элементов ртути из бытовых помещений.

Для того, чтобы разобраться выгодно ли использовать энергосберегающие лампы вместо традиционных ламп накаливания, произведем расчет в нижеприведенной таблице.

Таблица 2  

То есть, по нашим расчетам, при использовании одной энергосберегающей лампы вместо лампы накаливания приведет к экономии в 316,74 руб. в год.

Для нашего дома, без учета стоимости ламп, только на электроэнергии можно сэкономить до 2503,8 кВтч или 6334,61 руб. в год.

При покупке ламп необходимо обращать внимание на данные на этикетку, на которой как правило указывается:

- Категория эффективности использования энергии от A до G;

- Световой поток лампы в Люмен;

- Энергопотребление лампы в (Ватт);

- Срок службы в часах.

В последнее время, ряды энергосберегающих ламп пополнил новый вид – светодиодные, но их стоимость пока еще выше, чем у люминесцентных ламп. Зато к их преимуществом можно отнести то, что они практически не нагреваются, срок работы много больше - от 30000 до 50000 часов.

Какая выгода в сбережении энергии (для потребителя и для человечества)

Для чего же нужно экономить энергию?

Можно разделить выгоду на частную и общую.

1. Частная выгода для человека заключается в том, что экономия электроэнергию, он экономит свои личные денежные средства. Электроэнергия в современном мире – это товар, который имеет свою стоимость. Только покупаем мы этот товар не в магазине, а платим за электричество, которое поступает в квартиру или гараж по проводам. Если не уменьшать освещенность помещения, не уменьшая работоспособность приборов, используя только экономичные лампы и электроприборы человек может заплатить меньшую сумму денег.  Сэкономленные деньги, он может направить на образование, здоровье, отдых или развлечения.

2. Общая выгода для человечества от экономии электроэнергии напрямую вытекает из проблемы экологии. Как я уже отмечал в работе ранее, 63 % электроэнергии производится на тепловых электростанциях. На этих электростанциях сжигают различные виды топлива – нефтепродукты, газ, уголь, торф, дрова, преобразуя тепловую энергию в электрическую.

Сжигание горючих ископаемых, сопровождается выбросом более 5 млрд. т. углекислого газа в год. За  последние  три десятилетия темпы этих выбросов значительно возросли. За последние 100 лет содержание углекислого газа в атмосфере увеличилось вдвое и составляет более 0,05 %.

Отрицательное влияние тепловых электростанций на окружающую среду в значительной степени связано с расходованием больших количеств кислорода на горение топлива и выбросом в атмосферу углекислого газа: при современном топливном балансе потребление кислорода на сжигание топлива примерно в 5 раз превосходит его потребление всем населением Земли. А также с повышением температуры окружающего воздуха - тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Кроме того, электростанции, использующие органическое топливо, загрязняют окружающую среду окислами азота, серы, углерода, а также углеводородами. Особенно опасны окислы азота, обладающие свойством канцерогенности, сернистый ангидрид, диоксид серы и оксиды азота, поскольку они переносятся на большие расстояния и осаждаются, в частности, с осадками на поверхность земли, загрязняя гидросферу и литосферу. Одним из особенно ярких проявлений этой картины являются кислотные дожди. Эти дожди образуются вследствие поступлений от сгорающего топлива и уходящих в атмосферу на большую высоту дымовых газами в, основном двуокиси серы и окислов азота. Получающиеся при этом в атмосфере слабые растворы серной и азотной кислоты могут выпадать в виде осадков иногда через несколько дней в сотнях километров от источника выделения.

В выбросах также содержится значительное количество различных металлов и их соединений, а также радиоактивных элементов. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности. Это обусловлено выбросами естественных радиоактивных веществ, содержащихся в каменном угле. Выбросы при сжигании угля представляют собой долгоживущие радиоактивные вещества, излучающие альфа-частицы, и поэтому их биологическая опасность выше, чем от выбросов АЭС.

Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека.

Содержание токсических веществ в воздухе оказывают пагубное и отрицательное влияние на экосистемы: угнетают почвенную микрофлору, флору и фауну; происходит угнетение и повреждение растений, гибель, замедляется скорость роста.

Исходя из вышеперечисленного, можно установить зависимость: чем больше мы сэкономим электроэнергии, тем меньше топлива придется сжечь на электростанциях для ее производства. И, если для одной семьи экономия может составить 2503,8 кВтч в год, то представьте какая экономия для всей страны.

Заключение

Подводя итог моей работы, можно сделать следующие выводы:

1.                                  Можно существенно сэкономить на электроэнергии, если использовать энергосберегающие лампы;

2.                                  Экономия электроэнергии путем изменения режима использования электрооборудования незначительна;

3.                                  Главная цель сбережения энергии не деньги, а сохранение экологии и здоровья человека.

Таким образом, моя гипотеза подтвердилась — есть эффективные простые способы экономии электроэнергии!!!

Список использованной литературы

1.   Энергосбережение в школе, дома, на работе,  Незнанов Г. П., Янсон Ю. А., Незнанова

Е. В.,  Кемерово, 2006

2. Программа  развития электроэнергетики Астраханской области на 2011-2015 годы 

Интернет-ресурсы:

1. http://www.svetonic.ru ;

2. http://www portaleco.ru  ;

3. http://www market.yandex.ru ;

4. http://ru.wikipedia.org ;

5. http://garantremstroi.ru ;

6. http://www.owoman.ru/dom/chto_takoe_jelektrichestvo.html ;

7. http://iv-k.ltd.ua/Fizika/Book2/18.html ;

8. http://www.advicehome.ru/page9.php ;

9. http://www.1001statya.ru/read.php?pid=12787 ;

Скачано с www.znanio.ru