«Кейс-технология на уроках физики»(учитель физики МОУ СОШ с. Федоровка им. )



«Кейс-технология на уроках физики»(учитель физики МОУ СОШ с. Федоровка им. )

Тема «Экология и применение тепловых двигателей» (можно использовать при изучении тем в 8-ом классе «КПД теплового двигателя», «Уравнение теплового баланса»; в 10-ом классе - «Принципы действия тепловых двигателей. КПД тепловых двигателей»).

«Родная земля - самое великолепное, что нам дано для жизни. Ее мы должны возделывать, беречь и охранять всеми силами своего существа» 

«Один легковой автомобиль в среднем в год потребляет около 4 тонн кислорода, а выбрасывает в атмосферу около 40 кг окиси азота и почти 200 кг различных углеводородов. В этом наборе весьма коварна окись углерода. Из-за высокой токсичности её допустимая концентрация в атмосферном воздухе не должна превышать 1 мг/м3. Известны случаи трагической гибели людей, запускавших двигатели автомобилей при закрытых воротах гаража. В одноместном гараже смертельная концентрация окиси углерода возникает уже через 2-3 минуты после включения стартера. В холодное время года, остановившись для ночлега на обочине дороги, неопытные водители иногда включают двигатель для обогрева машины. Из-за проникновения окиси углерода в кабину такой ночлег может оказаться последним.
За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года.

Одна тонна бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг вредных веществ. Если двигатель машины работает на бензине, с добавлением свинца, то они загрязняют почву этим тяжелым металлом вдоль дороги в полосе шириной 50-100 м, а если дорога идет вверх, и двигатель работает с нагрузкой, то загрязненная полоса имеет ширину до 400 м! Свинец, загрязняющий почву, накапливается растениями, которыми питаются животные. С молоком и мясом металл попадает в организм человека и может стать причиной тяжелых болезней. Отработавшие газы автомобильных двигателей оказывают вредные влияния на весь организм человека, воздействуют на органы обоняния, вызывают раздражение глаз, верхних дыхательных путей, обострение легочных и других хронических заболеваний, в некоторых случаях могут привести к серьёзным отравлениям.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.  При сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека.

Сжигание топлива сопровождается  выделением в атмосферу углекислого газа, способного поглощать тепловое инфракрасное излучение поверхности Земли. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к повышению ее температуры. Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофическое повышение уровня Мирового океана»1.



Сформулируйте одну конкретную проблему и запишите ее. Выявите и запишите основные причины ее возникновения (со слов «не» и «нет»). Цель вашей дальнейшей деятельности (проблема –цель). Задачи, которые вам предстоит решить (причины-задачи). Для каждой задачи определяется комплекс мероприятий – шагов по ее решению. Для каждого блока задач определяется конкретный продукт.

Проблема: загрязнение окружающей среды производственными и транспортными газами, что приводит:

- к изменению погоды (нарушение естественного температурного режима, увеличение  скорости ветра);

- к угрозе человеческой жизни (свинец – причина  тяжелых заболеваний человека, обострение хронических и легочных заболеваний, «вредный воздух», «канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания). Кислотные дожди - атмосферные осадки в виде дождя или снега, содержащие соединения серы. Кислотные дожди поступают в атмосферу в результате выброса отходов металлургической и химической промышленности. При выпадении кислотных дождей и таянии кислотного снега образуется серная кислота, оказывающая вредное воздействие на здоровье людей, состояние растительного и животного мира, зданий и сооружений. Фотохимический смог - смог, основной причиной возникновения которого считаются автомобильные выхлопы. Фотохимический смог может вызвать поражение дыхательных путей, рвоту, раздражение слизистой оболочки глаз и общую вялость. К наиболее важным соединениям серы, находящимся в атмосфере и определяющим кислотность, относятся диоксид серы, серооксид углеро­да, сероуглерод, сероводород и диметилсульфид. К наиболее важным со­единениям азота относятся: оксиды азота, аммиак, азотная кислота. Согласно данным об общих объемах выбросов диоксида серы и окси­дов азота из разных источников, кислотные осадки связаны в первую оче­редь с работой тепловых электростанций, транспорта и промышленных предприятий»2.

Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьезны и имеют широчайший диапазон действия: от кашля до летального исхода (табл. 1)3.

Таблица 1. Влияние выхлопных газов автомобилей на здоровье человека (по X. Ф. Френчу, 1992)

Вредные вещества

Последствия воздействия на организм человека

Оксид углерода

Препятствует абсорбированию кровью кислорода, что ослабляет мыслительные способности, замедляет рефлексы, вызывает сонливость и может быть причиной потери сознания и смерти

Свинец

Влияет на кровеносную, нервную и мочеполовую системы; вызывает, вероятно, снижение умственных способностей у детей, откладывается в костях и других тканях, поэтому опасен в течение длительного времени

Оксиды азота

Могут увеличивать восприимчивость организма к вирусным заболеваниям (типа гриппа), раздражают легкие, вызывают бронхит и пневмонию

Озон

Раздражает слизистую оболочку органов дыхания, вызывает кашель, нарушает работу легких; снижает сопротивляемость к простудным заболеваниям; может обострять хронические заболевания сердца, а также вызывать астму, бронхит

Токсичные выбросы (тяжелые металлы)

Вызывают рак, нарушение функций половой системы и дефекты у новорожденных

- к антропогенному парниковому эффекту ( рост концентрации углекислого газа в атмосфере – потепление климата, таяние льдов полярных шапок, повышение уровня Мирового океана, исчезновение отдельных видов животных и растений – процесс опустынивания). Парниковый эффект - повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Солнечная энергия, проходя через атмосферу нагревает поверхность Земли, но излучаемая Землей тепловая энергии не может улетучиться обратно в космос, так как атмосфера Земли задерживает ее, действуя наподобие полиэтилена в парнике. Последствия - изменение климата Земли2;

- к разрушению озонового слоя. Озоновые дыры - локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на Землю и вызывает у людей рост числа раковых образований кожи. Также от повышенного уровня излучения страдают растения и животные. По мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно 6 млн человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т. д. В соответствии с официальными данными ООН, сокращение озонного слоя на 1 % означает появление во всем мире 100 тыс. новых случаев катаракты глаз и 10 тыс. случаев рака. С этим явле­нием связывают и рост легочных, иммунных, аллергических и других забо­леваний. Кроме этого, уменьшение в атмосфере озона приводит к усиле­нию «парникового эффекта», снижению урожайности, деградации почвы2.

РЕЗУЛЬТАТ: Нарушение экологического  равновесия на Земле!!!

ПРИЧИНЫ возникновения:

Неполное сгорание ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода и при низкой температуре3. К антропогенным источникам CO2 в атмосферу относятся: сжигание ископаемых топлив для получения тепла, производства электроэнергии, транспортировки людей и грузов. К значительному выделению CO2 приводят некоторые виды промышленной активности, такие, например, как производство цемента и утилизация газов путем их сжигания в факелах. Вредные выбросы автотранспорта в атмосферу3. Накопление в атмосфере так называемых «парниковых газов» — диоксида углерода (СО) метана (СН4 ), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (О3 ), оксидов азота и.  При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

  Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа4.

При сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу две-три тонны – свинца4. Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Во всем мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно более 200 млн. т золы и более 60 млн. т оксида серы4.

РЕШЕНИЯ:

На всех действующих и новых теплоцентралях и тепловых электростанциях устанавливать газоочистное и пылеулавливающее оборудование. Предпринимаются меры по рациональному размещению тепловых электростанций4. Интенсивные работы ведутся по снижению загрязнения воздуха выхлопными газами автомобильных двигателей. Наиболее перспективными считаются электромобили и автомобили с двигателями, работающими на водороде. Продуктом сгорания в водородном двигателе является обычная вода4. Чтобы уменьшить негативные последствия работы тепловых двигателей, действуют в двух направлениях: с одной стороны, совершенствуют эти двигатели, повышая их КПД и уменьшая выброс вредных веществ, с другой стороны — используют энергосберегающие технологии4.

КПД любого теплового двигателя:

  з= A / Q1 = (Q1 – Q2)/ Q1 ,  где Q1 - энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива (Q1= qm, где q – удельная теплота сгорания топлива)

Пути повышения КПД:

Использование более эффективного вида топлива ( с большей энергией сгорания) Применение линейных электродвигателей в поездах на магнитной или воздушной подвеске. В качестве двигателя использовать линейный асинхронный электродвигатель: роль движителя выполняет бегущее электромагнитное поле, вместо опоры на колеса - магнитное поле. Экологичность такого транспорта обусловлена отсутствием вредных выбросов в атмосферу, шума, вибраций. Такой транспорт имеет более высокий КПД, поскольку практически отсутствует механическое трение в двигателе, меньше материалоемкость и энергоемкость. Трудности в развитии монорельсового транспорта связаны с необходимостью установки тяжелых электромагнитов для обеспечения магнитной подвески и рассеяния энергии из-за тепловых потерь. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости вселяет надежду на преодоление этих трудностей1. Наиболее экологическим топливом является водород – для его получения можно использовать обыкновенную воду: 2Н2О=>2Н2+О2.  Интерес к водородному топливу объясняется еще тем, что в отличие от других это самый распространённый в природе элемент.
Водород не ядовит, при сгорании образует только воду – экологически чистое вещество. При сгорании одного моля водорода выделяется тепла в три раза больше, а при сгорании атомарного водорода – в восемь раз больше, чем при сгорании такого же количества бензина. Трудность состоит в промышленной технологии разложения воды.  Водород – топливо будущего1. Создание транспортных средств на солнечной энергии1.

ИСТОЧНИКИ:

1. Урок по теме «Тепловые двигатели и окружающая среда» -

2.  http://ивтб. рф/wiki/doku. php? id=examination:eco:question22

3. http://www. studfiles. ru/preview/5656465/page:3/

4. «Тепловые двигатели и охрана окружающей среды» (рук. ,МОУ СОШ  № 2 Купинского района, Купино, 2010)