Электричество. Заключительный урок по теме «Тепловые двигатели»
Формирование научного мировоззрения учащихся невозможно без широкого использования на уроках материалов из истории техники, физики, человеческой цивилизации в целом. Без их осмысления трудно понять, почему технический и социальный прогресс общества тесно взаимосвязаны, установить причинно-следственные связи между явлениями и событиями истории.
Почему паровая вертушка Герона так и осталась игрушкой на протяжении многих веков, а в XVIII веке подобные изобретения имели уже совсем другую судьбу? Несколько лет после изучения восьмиклассниками тепловых двигателей и электрических явлений проводим обобщающие уроки с использованием сведений из истории физики и техники..
Заключительный урок по теме «Тепловые двигатели» начинаем с небольших докладов – сообщений, подготовленных по темам, предложенным в учебнике или выбранным самостоятельно в рамках изученного материала. Материал изучается учащимися самостоятельно, с использованием электронного приложения "Великие изобретения человечества", разработанного в школе на основе модельного представления поршневых машин. Это пособие используется и для иллюстрации докладов учащихся. Для подготовки сообщений ученики пользуются кроме учебника энциклопедиями (в библиотеке и в сети Интернет), справочниками по физике, политехническим словарем, материалами СМИ и т.д.
После выступлений одноклассников, учащиеся с помощью учителя делают вывод о том, что тепловые двигатели позволили резко повысить производительность труда, заменив ручной труд механизированным. Обращаем внимание школьников на тот факт, что появление тепловых машин, в частности паровой, оказало большое влияние на развитие общества в целом. (В курсе истории изучается вопрос о начале разложения феодального общества и зарождении капиталистических производственных отношений. Это полезно вкратце напомнить: особенности цехового производства в средние века, укрупнение предприятий, мануфактуры, разделение труда). Именно разделение труда и, вследствие этого, резкий рост производительности труда, накопление капитала и было причиной спроса на машины и механизмы: прялки, всевозможные станки. Их уже было кому и на что купить. А появление машин потребовало приводить их в действие. Паровая машина стала нужна! Дети отвечают на вопрос о вертушке Герона: она не была нужна обществу того времени. Труд рабов обеспечивал все потребности. Кстати, совпадение это или нет, но за 700 лет до этого в той же Греции (на острове Коринф) был построен так называемый «диолкос» — вырубленные в известняке параллельные колеи для транспортировки судов посуху (прообраз современной железной дороги). Данные изобретения никак не были связаны друг с другом, однако вполне можно утверждать, что греки имели теоретическую возможность разработать паровой железнодорожный транспорт почти на 2000 лет раньше, чем подобное произошло.
Кроме того, мы систематизируем с учащимися основные этапы развития тепловых двигателей: паровой «эолипил» Герона Александрийского, 130г до н.э. (Эол – ветер, бог ветра в греческой мифологии, вспомним Эолову арфу в Пятигорске), машины Д. Папена и Т. Ньюкомена, машины непрерывного действия И.И. Ползунова и Д. Уатта (именно в этом порядке) и их роль в начале промышленной революции. Кстати, судьба машины И.И. Ползунова в чем-то напоминает судьбу «эолипила»: дешевизна рабочей силы, делало машину не очень актуальной в условиях тогдашней российской действительности. Не глупость и скупость царских чиновников, как можно было понять из учебников советской эпохи (это, конечно тоже было), а неумолимые законы экономики. Выбор наименее затратного способа производства, получение максимальной прибыли. Увы, также и неумение предвидеть, понимать тенденции мирового развития. Об этом свидетельствует ответ на запрос из Петербурга о судьбе машины Ползунова
Приводим слова экономиста Ф.Энгельса:
«История рабочего класса в Англии начинается со второй половины 18 века, с изобретения паровой машины и машин для обработки хлопка. Эти изобретения послужили, как известно, толчком к промышленной революции, которая одновременно произвела полный переворот в гражданском обществе и всемирно-историческое значение которой начинают уяснять себе лишь в настоящее время».
Материал из "Википедии" — свободной энциклопедии:
«Промышленная революция - это переход от преимущественно аграрной экономики к индустриальному производству, в результате которого происходит трансформация аграрного общества в индустриальное. Промышленная революция связана не просто с началом массового применения машин, но с изменением всей структуры общества. Промышленная революция сопровождалась резким повышением производительности труда, быстрой урбанизацией, началом экономического роста (до этого экономический рост, как правило, был заметен лишь в масштабах столетий), исторически быстрым увеличением жизненного уровня населения. Фактически промышленная революция позволила в течение всего лишь 3-5 поколений перейти от аграрного общества (где большинство населения вело натуральное хозяйство) к современной городской цивилизации. В мировой истории начало промышленной революции, иногда также называемой Великой индустриальной революцией, связывают с изобретением эффективного парового двигателя в Англии во второй половине XVIII века. Само по себе подобное изобретение вряд ли бы что-то дало (необходимые технические решения были известны и раньше), но в тот период английское общество было подготовлено к использованию инноваций в широких масштабах. Это связано в первую очередь с тем, что Англия к тому времени перешла от статичного традиционного общества к обществу с развитыми рыночными отношениями и активным предпринимательским классом. Известно, что Англия располагала достаточными финансовыми ресурсами (т. к. была мировым торговым лидером и владела колониями), воспитанным в традициях протестантской трудовой этики населением и либеральной политической системой, в которой государство не подавляло экономическую активность. Промышленная революция сопровождается и тесно с ней связанной производственной революцией в сельском хозяйстве, ведущей к радикальному росту производительности земли и труда в аграрном секторе. Без второй первая просто невозможна в принципе, так как именно производственная революция в сельском хозяйстве обеспечивает возможность перемещения значительных масс населения из аграрного (сельскохозяйственного) сектора в индустриальный.
Можно сделать вывод: паровая машина, вызванная к жизни потребностями развивающегося капитализма, явилась той силой, которая предопределила его победу над феодальным обществом. Прогресс науки и техники, таким образом, сыграл важнейшую роль в развитии человеческого общества, но и сам был инициирован развитием общественно экономической формации передовых стран Европы.
На заключительном уроке по разделу «Электричество» мы проводим конференцию, на которой заслушиваются доклады «Основные этапы развития представлений об электричестве», «План ГОЭЛРо», «Применение электричества в промышленности», «Электричество в сельском хозяйстве», «Использование электричества на транспорте и в связи».
После обобщения материала докладов мы с учащимися делаем вывод о том, почему именно в 19 веке началось массовое внедрение электричества практически во все сферы человеческой деятельности, ведь электрические явления были известны еще древним грекам. Храм в Иерусалиме за полторы тысячи лет видел немало свирепых палестинских гроз и ни разу не пострадал от молнии. Крыша его была покрыта кедром, на который нанесен толстый слой позолоты. На крыше были установлены высокие железные колья – чтобы не садились на крышу птицы. Стены также были позолочены, а на паперти были цистерны, куда по металлическим трубам сливалась с крыши дождевая вода. Все основные элементы громоотвода налицо. До сих пор неясно происхождение загадочных предметов, найденных археологами неподалеку от берегов Тигра, южнее Багдада. Этим предметам – несколько тысяч лет. Небольшие сосудики из обожженной глины, соединенные последовательно, содержат внутри необычную начинку: разъеденные медные цилиндрики и бруски, а также битум. Анализ показывает, что разъедание цилиндриков, скорее всего, объясняется воздействием уксусной или лимонной кислот, хорошо тогда известных. Электрический элемент? Это подтверждается рядом косвенных данных. Электрический элемент за тысячи лет до Вольта? Но если вспомнить тончайшую позолоту древнеиндийских храмов, которая наводит на мысль о гальванопластике, такое предположение совершенно не кажется фантастическим.
Далее, мы говорим об основных этапах изучения электричества и внедрения его в жизнь. Рассказ строится примерно по такому плану: 1. Первые исследования электричества в XVIIв.; 2.Первая Международная электротехническая выставка (1881г, Париж), принятие единых электротехнических единиц; 3. Работы французского
физика М. Депрэ по передаче электрического тока на большие расстояния.
Оценка его опытом тем же Ф. Энгельсом: «…это колоссальная революция. Паровая машина научила нас превращать тепло в механическое движение, но использование электричества откроет нам путь к тому, чтобы все виды энергии – теплоту, механическое движение, электричество, магнетизм, свет – одну в другую и обратно и применять их в промышленности… Новейшее открытие Депрэ, состоящее в том, что электрический ток очень высокого напряжения при сравнительно малой потере энергии можно передавать по простому телеграфному проводу на такие расстояния, о каких до сих пор и мечтать не смели, и использовать в конечном пункте,- дело это еще только в зародыше,- это открытие окончательно освобождает промышленность почти от всяких границ, полагаемых местными условиями, делает возможным использование и самой отдаленной водяной энергии и если вначале оно будет полезно только для городов, то, в конце концов, оно станет самым мощным рычагом для устранения противоположности между городом и деревней».
Электрификация производства была необходима и неизбежна, она была логическим продолжением промышленной революции. Конечно, в странах Западной Европы этот процесс начался раньше, и проходил быстрее, чем в нашей стране. Характерный пример: «Люмьер рюсс» (русский свет – свеча Яблочкова) сначала появился в Парижском универмаге «Лувр», затем на проспекте Оперы, на площади Оперы, потом в Лондоне, Петербурге, Неаполе, Берлине. Именно потребность освещения породила строительство первых электрических станций. Какая основная задача стояла перед Россией в начале ХХ века? Здесь можно не гадать. В начале ХХ века перед страной стояла задача перевода народного хозяйства на новые хозяйственные принципы. Т.е. необходимо было перейти на широкое индустриальное производство. Построить много фабрик, электростанций, перестроить транспорт и вооруженные силы. При этом большинство населения должно было переехать из деревни в город и принять городской образ жизни. Для России это было особенно важно, учитывая размеры территории и уровень экономического развития, но для этого нужно было поднять производительность труда в сельском хозяйстве, страна не могла остаться без продовольствия. Этого нельзя было сделать без применения машин и электрификации. В 1879г построена первая станция в Петербурге для освещения Литейного моста, в 1982г дает ток такая же станция в Лубянском пассаже в Москве. В 1880г в России прошла первая в истории электротехническая выставка. После 1917 года советским правительством много внимания уделялось электрификации страны, был принят план ГОЭЛРо, рассчитанный на 15-20лет, он был выполнен уже к 1931г, то есть за 10 лет.
Первый план электрификации страны - ГОЭЛРО - был принят 22 декабря 1920 VIII Всероссийским съездом Советов (окончательно утверждён СНК 21 декабря 1921). Ещё в 1892 была пущена в эксплуатацию первая в России ГЭС, в 1922 пущена Каширская электростанция; 6 декабря 1925 - Шатурская электростанция. 19 декабря1926 - Волховская ГЭС им. Ленина В.И. 27июня 1954 -первая в мире Обнинская АЭС (21 января 1974 в физико-энергетическом институте города будет сооружена первая в мире лаборатория микротрона непрерывного действия). 29 декабря 1955 - Волжская ГЭС им.Ленина В.И. Энергоблоки Волжской ГЭС были запущены соответственно 14 октября 1957, 10 августа 1958, 9 декабря 1960). 18июня 1959 было начато перекрытие Ангары в районе Братской ГЭС, «вмещавшей» в себя три плана ГОЭЛРо, а 1-29 сентября1961 было продолжено. 20 июля 1959 начато перекрытие Немана у Каунасской ГЭС. 30 ноября 1962 перекрыт Днепр в районе строительства Днепродзержикской ГЭС. 25 марта 1963 перекрыт за 6,5 часов Енисей в районе строительства Красноярской ГЭС. 30 ноября 1970 пущена Усть-Хантайская ГРЭС в Красноярском крае. 5 января 1974 было завершено строительство первой очереди Нововоронежской АЭС, а через 10 дней, 15 января 1974, был пущен в эксплуатацию первый энергоблок Приморской ГРЭС в Артёме. Особенно бурно развивалась атомная энергетика.
Поэтому 27 декабря 1976 был пущен в эксплуатацию Волго-Донский завод "Атоммаш". 27 сентября 1977 пущена в эксплуатацию Чернобыльская АЭС (г.Чернобыль, образованный 22 марта 1941, пришлось закрыть). 19 декабря 1978 - Саяно-Шушенская ГЭС. 27 февраля 1980 было завершено строительство Армянской АЭС. 26 апреля 1986 произошла авария на Чернобыльской АЭС.
Сейчас также много внимания уделяется реорганизации и развитию российской электроэнергетики, этот план именуют даже Вторым ГОЭЛРо. Роль, которую должна и будет играть Россия в мировой экономике, требует сегодня серьезной и планомерной работы по совершенствованию электроэнергетики.
Если основываться о широком подходе, на этом уроке мы приходим вместе с учащимися к выводу о социально-экономической обусловленности бурного развития электрификации именно в 19 веке, о взаимосвязи технического прогресса с развитием экономического потенциала нашей великой страны.
Материал этих двух уроков можно объединить в соответствующее обобщающее занятие в конце учебного года.
