Исследовательская работа Нетрадиционные источники энергии

17

СОДЕРЖАНИЕ

I.ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………….………….....3

II.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Глава 1.Теоретическая часть

1.1. Первые разработки использования энергии Солнца ………………………… 5

1.2. Как работают солнечныбатареи ?…………………………………….………….5

1.3. Использование солнечных батарей в различных странах…………………… ..6

1.4. Особенности получения и применение электроэнергии на Крымском полуострове ………………………………….….……..................................................6

1.5.История появления ветряных генераторов ………………….….………………...7

1.6. Применение энергии ветра на Крымском полуострове и его недостатки……………………………………………………………………………….7.

Глава 2. Практическая часть

2.1.Изготовление макета «Дом с нетрадиционными источниками электрической энергии»…………………………….………..……………….……………...................8

2.2. Результаты анкетирования обучающихся 2- Г класса МБОУ

СОШ №5………….…………………………………………………………………………………………………………9

III.ВЫВОД………………………………………………………………….…...............12

IV.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………...………….13

V.ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………………..14

1. ВВЕДЕНИЕ

Меня зовут Безбородов Тимофей, учусь во 2 «Г» классе . Хочу рассказать о своём проекте.Что именно , меня подтолкнуло к такой идеи?

Однажды, вечером ,когда вся семья собралась за одним столом праздновать день рождения моего папы,внезапно погас свет. Праздник прошёл при свечах. И я спросил у мамы: « А как можно получить электрическую энергию, не зависимую от работы электростанции?». Мама мне рассказала о солнечных батареях и ветряных электростанциях. Я заинтересовался .

Для жизни каждому человеку нужна электрическая энергия для создания комфортных условий в доме,в школе,на работе.Потребность в энергии с каждым годом увеличивается .А так как запасы полезных ископаемых,за счёт которых человечество получает необходимую энергию,уменьшаются,по прогнозам учёных энергетические ресурсы планеты Земля –уголь,нефть,газ,к середине 21 века будут исчерпаны…[1]

Следовательно, всё острее встаёт вопрос о нахождении такого вида энергии, потребление которого не приведет к неизбежному исчерпанию запасов, а использование таких ресурсов не будет негативно отражаться на состоянии экологии.

Меня посетила такая идея. А что, если на крыше каждого дома, небоскрёба ,любого здания будет ветрогенератор и солнечные батареи? Тогда каждая семьбудет обеспечена энергией, не растрачивая ресурсы Земли и не загрязняя планету. Давайте поговорим об этих супер изобретениях поподробнее.

Объект исследования: природная энергия и её источники.

Предметы: Солнце и ветер.

Задачи, которые необходимо решить для реализации цели:

-провести анкетирование одноклассников,чтобы выяснить уровень познаний о нетрадиционных источниках энергии;

-изучить и проанализировать научную литературу для детей по данной теме;

-изготовить макет, чтобы показать одноклассникам и расширить их знания;

-проанализировать результаты анкетирования, сделать выводы;

-написать и оформить исследовательскую работу;

-подготовиться к защите работы.

Гипотеза исследования: можно предположить, что проведенная мною работа вызовет интерес к нетрадиционным источникам энергии у одноклассников и их знания расширятся.

Методы исследования:

-сбор информации из книг, ресурсов Интернета;

- анкетирование;

-обобщение полученных данных.

Сроки исследования с октября 2020 года по январь 2021 года.

II.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Глава 1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

1.1.Первые разработки использования энергии Солнца. Человек с самых древних времен учился пользоваться дарами Солнца. По легенде, великий греческий ученый Архимед сжег неприятельский флот, осаждавший его родной город Сиракузы, с помощью системы зажигательных зеркал. Доподлинно известно, что около 3 000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался водой, нагретой солнечной энергией. Древние жители Африки, Азии и Средиземноморья получали поваренную соль, выпаривая морскую воду на солнце. Однако много полезных открытий произвели опыты с зеркалами и увеличительными стеклами. Первые солнечные нагреватели появились во Франции в XVIII в. [1].

Первая солнечная батарея появилась в пятьдесят третьем году прошлого столетия. Современное устройство - это особая система, состоящая из нескольких взаимосвязанных элементов. Благодаря специфической структуре, а также использованию принципа фотоэффекта, солнечные батареи обладают уникальной способностью преобразования света, исходящего от Солнца, в электрическую энергию. [2] Солнце способно удовлетворять и более масштабные потребности человека. По подсчетам ученых, человечество нуждается в десяти миллиардах тонн топлива, а Солнце в течение года способно предоставить около ста триллионов тонн. Нужно только взять это энергетическое богатство, и люди получат количество энергии, превышающее необходимые ресурсы в десять раз! Вот этот вопрос и является крайне актуальным для науки.[5]

1.2.Как работают солнечные батареи?

Солнечная батарея состоит из множества солнечных элементов, в каждом из которых энергия света непосредственно превращается в электрическую энергию. Это совсем несложно, только для изготовления солнечного элемента нужно найти вещество с подходящими свойствами.

Свет - это поток частиц под названием фотоны. Фотоны, столкнувшись с каким-либо веществом, могут поглотиться молекулами или атомами этого вещества.

Видел ли ты когда-нибудь, как художники рисуют Робина Бобина? (Это тот самый, который "скушал сорок человек, и корову, и быка, и кривого мясника".) Они рисуют его очень толстым. И чем больше он съедает, тем больше толстеет. Нечто похожее происходит и с атомами. Когда атом поглощает фотон, то он "толстеет", становится больше. Как же атом может растолстеть? Ведь он совсем не похож на мешок. Вот живот у Робина Бобина - похож, потому и раздувается. Атом состоит из ядра и электронов, которые движутся вокруг ядра. Ядро как бы окутано электронным "облачком". Так вот, когда атом поглощает фотон, это электронное облачко и раздувается. (Электроны начинают двигаться на большем расстоянии от ядра.) Так "толстеет" атом. Чем больше энергия у фотона, который он проглотил, тем больше он "растолстеет". И вполне возможно, что атом настолько увеличится в размере, что может некоторые свои электроны совсем потерять, как Робин Бобин пуговицы на жилете, когда он проглотил "церковь, дом и кузницу с кузнецом": жилет лопнул и пуговицы отскочили.

Вот на этом свойстве и основано действие солнечной батареи. Нужно подобрать такое вещество, чтобы его атомы, поглощая фотоны солнечного света, сильно "толстели" и теряли бы свои электроны. Тогда электроны становились бы свободными. А свободные электроны - это и есть возможность создать электрический ток.

Солнечные батареи выглядят как плоские панели. Хороши они тем, что просты, надёжны и долговечны. Ведь в них нет никаких трущихся и движущихся частей, которые могут испортиться от трения или сломаться. Они могут быть очень маленькими, если нужно мало энергии (например, для калькулятора). А самое главное - они не загрязняют окружающую среду.

Одно только плохо: она не работает в пасмурный день и ей нужны большие свободные поверхности для размещения солнечных элементов. Поэтому с таким удовольствием используют солнечные батареи в космосе: туч и облаков там нет, а свободного места сколько угодно. Солнечные батареи - главные источники энергии для околоземных спутников и космических станций. [4]

1.3.Использование солнечных батарей в различных странах.

Всего несколько таких устройств позволяют снабдить электрической энергией небольшую деревню. В тех странах, где Солнце является особенно активным, уже давно функционируют солнечные электростанции. Речь идёт об Испании и Индии, а также Саудовской Аравии и южной части Соединённых Штатов Америки.

Сегодня многие страны задумываются о производстве и применении солнечной энергии. Лидерство в этой отрасли принадлежит трём странам. Это Соединённые Штаты Америки, Германия и Япония. Но данное направление стремительно развивается и в Российской Федерации. Наибольшее количество установок по производству солнечной энергии на сегодняшний день построено в Краснодарском крае. Также в списке присутствуют Республика Дагестан, Ставропольский и Хабаровский край, Бурятия и Костромская область.

В Японии учёные хотят разместить солнечные батареи там, где всегда светит солнце – в открытом космосе. Из энергии, которую будет излучать специальная огромная пластина, можно будет получать электричество для 250 тысяч домов.[3]

1.4.Особенности получения и применение электроэнергии на Крымском полуострове

Климат Крыма создает энергетически благоприятные условия, которые обеспечивают экономически выгодную ситуацию для широкого применения солнечной энергии. Ее прямое использование требует существенных капитальных вложений и научно-технических проработок. Экологичное энергоснабжение с помощью солнечных батарей на Крымском полуострове снижает затраты и загрязнение воздуха. Солнечные батареи в Крыму служат источником энергии не только для индивидуального потребления, их используют также для общественных и государственных нужд: уличное освещение, работа светофоров. Возможно использование электроэнергии от солнечных батарей для различных отраслей промышленности. Для Крымского полуострова такой альтернативный способ получения энергии сэкономит топливо на отопительных котельных и повысит выработку электроэнергии в регионе.[6]

1.5.История появления ветряных генераторов.

Энергия ветра. Использование человеком энергии ветра началось примерно 5500 лет назад, когда появились первые парусные лодки и корабли, а архитекторы начали использовать в зданиях естественную ветряную вентиляцию.

Первым известным механизмом, работающим с помощью ветряного колеса, стал орган древнегреческого инженера Герона, сконструированный в первом веке н.э. Еще один пример – молитвенные мельницы, использующиеся в древнем Тибете и Китае уже в 4 веке

Первую ветроэнергетическую установку построил шотландский профессор Джеймс Блайт в 1887 году. 10-метрой ветряк, установленный на участке его загородного коттеджа, использовался для зарядки аккумуляторов, от которых питался электроэнергией коттедж. Таким образом, это был первый в мире дом, обеспеченный электричеством, которое получено с помощью ветра.[7]

1.6. Применение энергии ветра на Крымском полуострове и его недостатки.

В Крыму несколько крупных ветроэлектростанций. Из них большинство сосредоточено на западе: Донузлавская ВЭС (ветряная электростанция) , Сакская ВЭС (Мирновская входит в ее состав), Тарханкутская ВЭС. В районе Керчи находится Восточно- Крымская ВЭС. Еще одна — Судакская ВЭС — находится на мысе Меганом около Судака. Принцип работы ветряных электростанций такой же, как и у водяных мельниц, только раскручивает колесо не вода, а ветер. К сожалению, в отличие от воды, ветер дует не постоянно, поэтому развитие этого источника энергии сильно зависит от совершенствования аккумуляторов. Для создания стабильного энергообеспечения целые поля, на побережьях застраиваются огромными ветряками. В отличие от солнечных батарей, этот вид энергии имеет огромные недостатки: мешают птицам летать, а также в больших полях истребляют целые армии насекомых, тем самым лишая птиц еды, а растения опылителей, создают сильный шум. Но всё же,  ветряная энергетика остаётся одной из наиболее быстро развивающихся отраслей на Земле.[9]

Глава 2. Практическая часть

2.1. Изготовление макета «Дом с нетрадиционными источниками электрической энергии».

1.Мы взяли одну картонную коробку обклеили её , при помощи клеевого пистолета, ковровым покрытием.

2.Следующим шагом было создание дома. Для этого мы вырезали из пенополистирола 4 стены и крышу, соединив их при помощи клеевого пистолета исаморезов .Затем вырезали окна и при помощи канцелярского скотча сделали имитацию стекла на окнах.

3.Стены дома обклеили самоклеющимипленкой.

4.На крыше дома установили кулер и фотоэлемент (солнечная батарея)при помощи клеевого пистолета прикрепленный к пластиковой трубке ,присоединив к вентилятору слаботочный кабель. Кабельприпояли при помощи паяльника и заизолировали изолентой. Пропустили по трубке вниз под крышу дома. Под крышей закрепили батарейный блок с батарейками и светодиоды дающие свет в окне дома.По периметру дома прикрепили светодиодную ленту.

5.Готовый дом прикрепили к основанию при помощи клеевого пистолета и саморезов.

6.На торце крыши установили кнопку включения.

7.На газоне приклеили фонарик , а крыльцо покрасили красками «акварель».

2.2. Результаты анкетирования обучающихся 2- Г класса МБОУ «СОШ № 5».

В качестве основного метода исследования было проведено анкетирование среди учеников 2 –Г класса МБОУ «СОШ № 5», в период с 09 по 13 января 2020 года. Всего в нём приняло участие 26 человек.

Специально разработанная анкета №1 включила в себя 5 вопросов, благодаря которым мы пытались выяснить у моих одноклассников, что они знают о источниках энергии. Ученикам, в возрасте от 7 до 9 лет были предложены следующие вопросы:

1. Количество человек в вашей семье?

2.Сколько электрических приборов, включая заряжаемые, используется в вашем доме?

3.Знаете ли Вы о проблеме сокращения природных запасов ископаемых (угля, газ, нефти) на планете Земля?

4. Существует ли разница, из каких источников поступает электрическая

энергия в Ваш дом?

5.Как Вы думаете, готовы ли ваши родители заменить автомобиль,работающий на топливе на автомобиль с электромотором,получающим питание от солнечных батареев ?

Проведенное анкетирование позволило понять, владеют ли информацией, мои одноклассники о нетрадиционных источниках энергии.

При анализе ответов на первый вопрос: «Количество человек в вашей семье?» и второй вопрос: « Сколько электрических приборов, включая заряжаемые, используется в вашем доме?», выяснилось , что в среднем семьи опрошенных состоят из 4 человек ,которые в среднем используют по 8 электрических приборов .То есть на каждого члена семьи приходится по 2 электроприбора.

Если учитывать рост появления новых устройств, необходимых для комфортного проживания современного человека можно предположить увеличение потребления в электроэнергии.

Целью третьего вопроса нашего исследования: «Знаете ли Вы о проблеме сокращения природных запасов ископаемых (угля, газ, нефти) на планете Земля?», было узнать, информированность моих одноклассников о проблеме сокращения полезных ископаемых . 53 % опрошенных знают о проблеме.

Для 65 % , отвечавших на четвёртый вопрос важна разница, из каких источников поступает энергия в дома .

На вопрос «о замене автомобиля, работающего на топливе, на автомобиль с электромотором» мнения респондентов поделились так: 42 % выберут автомобиль с электромотором, получающим питание от солнечных батареев ,58% выберут машину,работающую на топливе.

Возможно появление современных электромобилей, получающих энергию от нетрадиционных источников, сможет уменьшить процент сторонников применения традиционного вида топлива, который наносит вред экологии нашей планеты.

Анкета №2 включила в себя 4 вопроса, благодаря которым мы пытались выяснить у моих одноклассников, что они знают о нетрадиционных источниках электроэнергии-солнца и ветра:

1.Знаете ли Вы, как Архимед сжёг неприятельский флот, используя солнечную энергию?

2. Знаете ли Вы, что такое нетрадиционные источники электрической энергии?

3. Знаете ли Вы , где на полуострове Крым применяют солнечные батареи?

4.Знаете ли Вы, где на полуострове Крым применяют ветряные электростанции?

Первый вопрос помог нам выяснить, что опрошенных не знают о том, как применил солнечную энергию Архимед, чтобы сжечь неприятельский флот.

Отвечая на второй вопрос, свою осведомленность показали только 26 %, а остальные одноклассники не знают , что такое нетрадиционные источники электроэнергии.

На третий и четвёртый вопросы анкетирования 30 % респондентов дали положительные ответы. Результаты нашего опроса доказывают, что мои одноклассники недостаточно владеют информацией о нетрадиционных источниках энергии.

Именно поэтому я решил тогда выступить перед одноклассниками на классном часу, чтобы расширить их знания о нетрадиционных источниках энергии-солнце и ветре.Для этого мы специально разработали презентацию, я продемонстрировал изготовленный ранее макет. После выступления мы провели повторное анкетирование, используя те же вопросы, что и при первичном анкетировании. Результаты повторного анкетирования были наилучшими, на все вопросы ребята ответили правильно. Многие из моих одноклассников очень заинтересовались этой темой, некоторые спрашивали меня о том, какие им можно почитать книги, чтобы узнать побольше информации. Благодаря проведенному анкетированию мне удалось подтвердить свою гипотезу, что проведенная мною работа вызовет интерес к нетрадиционным источникам энергии у одноклассников и их знания по данной теме расширились.

III. ВЫВОД

В результате исследования мы пришли к выводу, что человечество всегда стремилось пользоваться дарами Солнца , ветра и получать за счёт них энергию. Мы продемонстрировали с помощью макета «Дом с нетрадиционными источниками электрической энергии» ( Приложение № 1), рассказав, как в жизни можно обойтись без затрат природных богатств. Экологичное энергоснабжение с помощью солнечных батарей и ветродуев снизит загрязнение воздуха на Крымском полуострове и в других районах нашей страны. В результате изучения источников , мы поняли, что если есть выбор между солнечными батареями и ветряками, то лучше выбирать солнечные батареи,потому что ветряки имеют большие недостатки, они нарушают цепочки питания в природе.

Проанализировав и обобщив результаты нашего исследования, мы подтвердили гипотезу, что данная работа вызвала интерес у одноклассников. Это подтвердило и повторное анкетирование. Таким образом, цели и задачи достигнуты.

В дальнейшем мы мечтаем побывать на экскурсии на объектах, где установлены солнечные батареи и ветродуи, ведь некоторые объекты находится совсем недалеко, в Симферопольском районе.

Полученные знания пригодятся не только для того, чтобы удовлетворить мой интерес к нетрадиционным источникам энергии, они пригодятся мне и другим учащимся, учителям в начальной школе на уроках по окружающему миру, и в средней школе на уроках математики, географии, и в старшей школе на уроках физики.

IV.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1.https://spravochnick.ru/geografiya/kogda_zakonchatsya_vse_iskopaemye_resursy/

2. https://sunely-tales.livejournal.com/40960.html

3. https://econrj.ru/stati/solnechnie-jelektrostancii-i-vsjo-s-nimi-svjazannoe/istorija-razrabotki-i-primenenija-solnechnih-batarej.html

4. https://solnet.ee/sol/005/v_087

5. https://365-tv.ru/index.php/stati/istoriya-tv/203-evolyutsiya-solnechnoj-batarei-

6. https://energo-souz.ru/articles/effektivnost-primeneniya-solnechnykh-batarey-na-krymskom-poluostrove/

7. http://energycraft.org/vetroenergetika/istorija-vetrojenergetiki-chast-1.html

8. https://zhzhitel.livejournal.com/399030.html

9. https://ongreenway.org/2014/01/vetroenergetika-v-krymu-i-mirovoj-opyt-istoriya-texnicheskie-i-ekologo-ekonomicheskie-aspekty/

V.ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение № 1

Таблица 1.Материалы для изготовления макета «Дом с нетрадиционными источниками электрической энергии».

№	Материал	Количество (размер)
1.	Пенополистерол	1 лист(50 мм)
2.	Термоклей(стержни)	5 шт.
3.	Самоклеющая бумага	1 м
4.	Ковровое покрытие	0,5 м
5.	Саморезы(75 мм)	28 шт.
6.	Кубики (Лего)	2 шт.
7.	Фонарики (для чтения)	1 шт.
8.	Кулер компьютерный 12 волт.	2 шт.
9.	Фотоэлемент	1 шт.
10.	Картонная коробка	1 шт.
11.	Пластиковая трубка	50 см
12.	Слаботочный кабель 0,6 мм 25 волт	1 м
13.	Бокс для батареек на 8 шт.	1 шт.
14.	Кнопка включения	1 шт.
15.	Изолента	1 рулончик
16.	Светодиоды	1 шт.
17.	Светодиодная лента	120 см
18.	Скотч канцелярский	130 см
19.	Батарейка 1,5 волт.	8 шт.
20.	Бумага цветная	1 лист

Приложение № 2

Таблица 2. Результаты анкетированияна тему: « Электроэнергия в нашей жизни».

№	Вопросы	Ответы
	Количество человек в вашей семье?
2	Сколько электрических приборов, включая заряжаемые, используется в Вашем доме?
	Знаете ли Вы о проблеме сокращения невозобновляемых природных запасов ископаемых (угля, газа, нефти) на планете Земля?
	Существует ли для Вас разница, из каких источников поступает энергия в Ваш дом ?
	Готовы ли вы заменить автомобиль, работающий на топливе на автомобиль с электромотором, работающий от аккумулятора?
Благодарим Вас за помощь!

Приложение № 3

Таблица 3. Результаты анкетирования на тему « Что ты знаешь о нетрадиционных источниках энергии? ».

№	Вопросы	Ответы
1.	Знаешь ли ты как Архимед сжёг неприятельскийфлот,используя солнечную энергию
2.	Знаешь ли ты, что такое нетрадиционные источники электрической энергии?
3.	Знаешь ли ты ,где на полуострове Крым применяют солнечные батареи?
4.	Знаешь ли ты ,где на полуострове Крым применяют ветряные электростанции?

Приложение № 4

Рис.1. Завершение работы над изготовлением макета «Дом с нетрадиционными источниками электрической энергии».

Приложение № 5

Рис.2. Анкетирование одноклассников.

Приложение № 6

Рис.3. Выступление перед одноклассниками.