Исследовательская работа "Тайны электричества"

Сегодня нам трудно представить жизнь без электричества. Электроприборы окружают нас повсюду. Они, как добрые волшебники, помогают нам везде. Работает телевизор, чайник нагревает воду, компьютер помогает найти необходимую информацию, стиральная машина стирает белье. А что же это такое невидимое сидит в розетке и заставляет домашние машины трудиться? Электрический ток бежит по проводам и заставляет электрические приборы работать. Но как это он делает и откуда к нам приходит? Раскрыть эти и другие тайны электричества мне поможет моя исследовательская работа.

1) электрический ток вырабатывается на электростанциях с помощью воды;

2) можно сэкономить на электричестве, если знать способы электросбережения.

Цель: приоткрыть тайны электрической энергии и энергосбережения.

1) изучить литературу по теме и узнать, что такое электричество и как вырабатывается электрическая энергия;

2) провести опыты получения электрической энергии дома;

3) выяснить, зачем и как нужно сберегать электроэнергию;

4) провести опрос, и по его результатам узнать, насколько глубоки знания людей об электричестве и способах его сбережения;

5) изготовить игру, работающую с помощью электричества;

6) оформить буклет «Способы экономии электроэнергии в быту»

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.

1. Раскрываем тайны получения электрической энергии

1.1. Что такое электричество?

Слово «электричество» произошло от греческого слова «электрон». Оно означает «янтарь». Еще в 600 году до н.э. греки знали, что если потереть янтарь, то он способен притягивать к себе маленькие кусочки пробки и бумаги.

1672 год - в этом году человек по имени Отто фон Геррике, подержав руку у вращающегося шарика из серы, получил мощный заряд электричества.

Следующий важный шаг был сделан в 1733 году, когда француз по имени Дю Фэй открыл положительные и отрицательные электрические заряды.

Бенджамин Франклин был первым, кто попытался объяснить, что такое электричество.

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц [1].

Выяснилось, что электричество возникает, когда при трении веществ, происходит разделение зарядов на два вида - положительные и отрицательные. Одинаковые заряды отталкиваются, противоположные - притягиваются.

Двигаясь по металлической проволоке — проводнику — заряды создают электрический ток. Поток заряженных частиц в одном направлении учёные назвали электрическим током [2].

Вывод: учёные установили, что электричество – это поток мельчайших заряженных частиц – электронов. Поток заряженных частиц в одном направлении учёные назвали электрическим током.

Электрический ток чем-то похож на реку, только в реке течет вода, а по проводам текут маленькие-премаленькие частицы-электроны. А откуда к нам в дом приходит электричество?

1.2. Электростанции (как производится электроэнергия)

Я знаю, что э лектрический ток, который попадает в розетки и светильники вырабатывается на электростанции. 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 [5].

В настоящее время существуют следующие виды электростанций:

Тепловые электростанции (ТЭС). На таких электростанциях сжигают топливо (например, газ, торф, угль), очень сильно нагревают воду, которая превращается в пар. Пар с большим давлением «дует» на турбины, которые тоже крутят генератор. А горячий пар потом используют, чтобы в квартирах была горячая вода и отопление.

Атомные электростанции (АЭС). Принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС. Там для нагревания воды используется ядерный процесс.

Гидроэлектростанции (ГЭС). Сначала на реке строят плотину. Вода до плотины выше, чем вода после плотины. На самой плотине вода падает с большой высоты и крутит специальные турбины, которые создают электрический ток. На таких электростанциях работают огромные генераторы. Они могут давать электричество даже для нескольких городов.

В некоторых странах для получения электроэнергии используют энергию ветра, солнца, энергию морских приливов и др.

В России электроэнергия произ­водится на электростанциях трех основных типов: тепловых (ТЭС), гидравлических (ГЭС) и атомных (АЭС).

На диаграмме показано соотношение разных видов электростанций [6].

Выводы: Электрический ток вырабатывают мощные электростанции. Затем ток очень высокого напряжения течет по толстым проводам высоковольтной линии, попадая на специальные подстанции, которые снижают его напряжение. И только после этого по обычным проводам электричество перетекает в наши дома, попадая в розетки и выключатели. В нашей стране для получения электроэнергии существует 3 вида электростанций; самое большое количество электроэнергии вырабатывается на ТЭС.

1.3. Электростанции Пермского края

Изучив источники литературы, я узнал, что в Пермском крае существует 13 электростанций [7]. Проанализировав найденную информацию, я оформил ее в таблицу.

Электростанции Пермского края

Название электростанции

где находится

как получают электроэнергию

Камская ГЭС

г. Пермь, на реке Каме

использую силу воды

Воткинская ГЭС

г. Чайковский, на реке Каме

использую силу воды

в Губахинском районе ,

на реке Косьве

использую силу воды

Пермская ГРЭС [1]

г. Добрянка на левом берегу Камского водохранилища

природный газ

Пермская ТЭЦ-9

г. Пермь

природный газ, мазут

Кизеловская ГРЭС

г. Губаха

природный газ

Чайковская ТЭЦ-18

г. Чайковский

каменный уголь

Яйвинская ГРЭС

п. Яйва

природный газ,

каменный уголь

г.Березники

природный газ, мазут

Обратившись к специалистам Очерских электросетей, мы узнали, что в наше село Частые электроэнергия поступает с Пермской ГЭС. И за месяц нашими жителями расходуется 411,5 тыс. кВт электроэнергии.

Вывод: в Пермском крае 3 гидроэлектростанции . Две из них находятся на реке Кама. Это Камская ГЭС в городе Пермь и Воткинская ГЭС города Чайковский. Еще одна - Широ́ковская ГЭС — на реке Косьве в Губахинском районе . 10 тепловых электростанций, работающих на сжигании природного газа, каменного угля и мазута.

1.4. Статистическое электричество

Статическое электричество— «электричество от трения». Оно возникает в результате неравенства зарядов (отрицательного и положительного) между двумя объектами. При разряде возникает искра [4] .

Когда вы снимаете с себя шерстяную шапку, она трется о ваши волосы. Электроны с волос переходят на шапку. Следовательно, каждый волос на вашей голове приобретает положительный заряд. Как известно, предметы, заряженные одноименными зарядами, отталкиваются. Именно поэтому, ваши волосы пытаются оттолкнуться друг от друга как можно дальше, настолько – насколько это возможно. Максимальное расстояние между волосами будет, если они будут стоять «дыбом».

Для такого опыта очень даже подошла моя сестра, волосы у нее длинные и, кстати, опыт ей не очень приглянулся.

Я нашел пример статического электричества, когда гладил кошку. Поглаживая его в темноте сухой ладонью, можно заметить небольшие искорки, возникающие между рукой и шерстью. Что здесь происходит? При поглаживании кошки происходит электризация руки с последующим искровым разрядом. Кстати коту это тоже не очень понравилось.

Вывод: статическое электричество— «электричество от трения». Намагничивание волос, треск и искры когда мы снимаем синтетическую или шерстяную одежду, гладим домашних животных – это примеры статического электричества.

1.5. Учимся играя или электронный конструктор «Знаток»

Я люблю экспериментировать с электричеством с помощью интересного конструктора «Знаток». Используя свою изобретательность и творческий подход, можно не только быстро собрать схемы, предложенные в руководстве конструктора, но и придумать свои.

Конструктор «Знаток» помогает в общих чертах понять, как устроен современный мир вокруг нас. Мир, в котором нас везде окружает электроника. «Знаток» - это игра, тесно соединяющая знания о физическом мире, удовольствие и практическую полезность. Собирая те или иные электрические цепи, ребенок, развлекаясь, знакомится с удивительным миром электроники.

В этом конструкторе все предельно увлекательно и не сложно:

· оригинальный и простой способ соединения деталей. Не надо паять и, следовательно, вдыхать вредный дым;

· это не только игрушка, но и мощный обучающий инструмент, способный помочь в освоении школьной программы;

· даже ребенок 5-х лет после совместной с родителями игры, сможет самостоятельно повторить некоторые схемы.

Набор состоит из десятков компонентов - электронных блоков и соединителей различной длины - на каждом имеется номер в рамке, схематическое и цветовое обозначение. В комплекте прилагается руководство, содержащее цветные иллюстрации и 320 описаний схем.

Благодаря этому конструктору, я собрал много приборов, описанных в инструкции. Особенно мне понравились: летающий пропеллер, лампу, включаемую хлопком в ладоши или струей воздуха, музыкальный вентилятор, детектор лжи, электронный метроном, музыкальный дверной замок, и многое другое.

Вывод: таким образом, зная суть физических явлений, в частности принцип работы электричества, мы можем сделать множество полезных открытии для применения их в нашей жизни. Мы придумали создать игру, которая будет работать при помощи замыкания электрической цепи.

1.5. Природные аккумуляторы электрической энергии

В живой природе существует немало процессов, связанных с электрическими явлениями. Многие цветы и листья имеют способность закрываться и раскрываться в зависимости от времени и суток. Это обусловлено электрическими сигналами, представляющими собой потенциал действия. Можно заставить листья закрываться с помощью внешних электрических раздражителей.

Не менее интересные явления, связанные с электричеством, можно обнаружить и у рыб. Древние греки остерегались встречаться в воде с рыбой, которая заставляла цепенеть животных и людей. Эта рыба была электрическим скатом и носила название торпеда. В жизни разных рыб роль электричества различна. Некоторые из них с помощью специальных органов создают в воде мощные электрические разряды. Так, например, пресноводный угорь создает напряжение такой силы, что может отразить нападение противника или парализовать жертву [6].

Природные аккумуляторы электрической энергии, батарейка из фруктов – возможно ли это? Давайте попробуем разобраться с этим вопросом.

Опыт «Вкусное электричество»

Цель: получение электрического тока из фруктов и овощей.

Задача: создать фруктово - овощную батарейку.

Для опыта понадобится:

· овощи или фрукты, которые есть у вас под рукой. Они будут исполнять роль электролита (содержащийся в них фруктовый сок).

· Железные гвозди будут играть роль электродов.

· Несколько проводков. Провода нам нужны для того, чтобы соединить электрическую цепь – тот самый мостик, по которому электроны бегут от одного электрода к другому.

· Ну и, конечно же, нам потребуется потребитель тока – зачем нам электричество, если нам некуда его тратить. В качестве потребителя стоит использовать что-нибудь маломощное: например, светодиод.

Разрезаем фрукты и овощи пополам. Один электрод прилаживаем к кожуре, а другой к внутренней части мякоти, появится разность потенциалов, и гальванометр отметит появление силы тока.

Сначала по очереди измеряем гальванометром [3] напряжение (количество вольт) у каждой половинки составляющей опыта. И действительно в каждом немного сотых вольт присутствует.

Вывод: большим напряжением обладают лук и лимон.

Проверим, будет ли 5 половинок фруктов+1 половинка лука равняться одной батарейке. Соединяем все компоненты в цепь с помощью проводков и присоединяем светодиод.

И ура! Он светится, светодиод 1,5 В. Ну что ж, опыт удался! Как видим, батарейка из фруктов вполне реальна. Конечно, как серьезный источник питания ее рассматривать нельзя. Но как отличный наглядный материал о природе электричества, который для непосвященных может выглядеть даже немного мистически, — вполне!

Выводы: используя фрукты и овощи можно создать батарейку, однако не любой фрукт или овощ для этого подходит. Полученный источник тока можно использовать для приборов с низким потреблением энергии. Для более мощной батарейки надо много овощей и фруктов.

Выводы по главе: гипотеза № 1 подтвердилась частично. Э лектрический ток вырабатывается не только на электростанциях. Каждый день мы сталкиваемся с таким явлением как статистическое электричество. Некоторые бытовые предметы (часы, пульты, светильники и др.) работают с помощью батареек, которые содержат электрический заряд. Электроэнергию можно получить даже с помощью овощей и фруктов.

2. Раскрываем тайну электросбережения

Электричество – это важный ресурс необходимый каждому человеку для жизни.

В предыдущей главе мы узнали, что электричество создаётся из очень важных и не всегда возобновляемых ресурсов. Из таких, как вода, природный газ, каменный уголь, ветер. Получается, что тратя энергию, мы тратим и необходимые для жизни ресурсы, и деньги, и электричество.

Конечно, можно обойтись и без него, используя дровяные 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 электроплиты человеку стало легче и быстрее готовить пищу. С помощью ламп можно заниматься и работать в темное время суток. Поэтому мы будем тратить электроэнергию. А как тратить ее экономно?

В этой главе мы проведем опрос, и по его результатам узнаем, насколько глубоки знания обучающихся об электричестве и способах его сбережения; найдем в Интернете дополнительную информацию по электросбережению; расскажем о способах экономии электроэнергии одноклассникам; создадим буклет по электросбережению для жителей села Частые.

В нашей семье 4 человека. Электричество мы используем для освещения, приготовления пищи и работы бытовых электрических приборов.

У нас дома для освещения используются 5 ламп накаливания и 11 энергосберегающих лампочек. Электроприборы: 1 холодильник, 2 телевизора, 1 стиральная машина, 1 посудомоечная машина, 1 компьютер, 1принтер, 2 пылесоса, 1 микроволновка, 1 мультиварка, 1 электрический чайник, 1 утюг, 1 швейная машина, 1 фен, 1 электробритва. Некоторые приборы работают постоянно, такие как холодильник, некоторые включаем очень редко, например, швейная машина.

Я решил выяснить, а сколько наша семья потребляет электроэнергии в год и сколько за нее платит. Собранную информацию, я оформил в таблицу.

цена за 1кВт, руб.

итого 3950 х 8328,5

Вывод: из таблицы видно, что потребление электроэнергии нашей семьей за год составило 3950 кВт электроэнергии, заплатив при этом 8328 рублей. Это сравнительно приемлемая сумма для нашей семьи. В среднем в нашей семье на 1 человека в месяц расходуется 82,3 кВт, за сутки в среднем наша семья потребляет 10, 8 кВт. Больше всего затрачено в зимние месяцы, так как зимой самый короткий световой день, а значит, на освещение дома требуется больше электроэнергии. Зимой мы больше времени проводим дома, используем электроприборы. Конечно, вообще отказаться от освещения и бытовых электроприборов в современном мире невозможно, но существуют простые способы снижения потребления электроэнергии в быту, доступные каждому.

О них и пойдет речь в следующей главе.

2.2. Десять правил экономии электроэнергии

1. Не оставляйте телевизоры, компьютеры и другую технику включенной в режиме ожидания, а тем более просто включенной когда уходите из дома или не пользуетесь ей в течение некоторого времени.

2. Замените обычные лампочки на энергосберегающие . Стоят они несколько дороже, но работать будут дольше, а потребление электроэнергии будет в 6 раз меньше.

3. Как оказалось можно экономить электричество, просто кипятя воду. Для этого нужно кипятить воду только в том количестве, которое Вам необходимо на данное время. Также не забывайте удалять накипь. Я измерил время закипания полного чайника и неполного. Оказалось, что быстрей вскипятить трижды неполный чайник, чем один раз полный.

4. Современные дома и квартиры прямо напичканы бытовой техникой – холодильники, стиральные и посудомоечные машины, а также прочая техника имеет немалые мощности. В совокупности она потребляет огромное количество электроэнергии, снизить расход которой можно только одним способом – использовать энергосберегающую технику.

Согласно международным стандартам вся бытовая техника, в зависимости от энергопотребления, делится на классы, которые обозначаются буквами (от A до G). Самыми экономичными считаются агрегаты класса A. Приобретайте технику с низким потреблением электричества. Она соответствует классу энергосбережения А.

5. Обратите внимание на дно своей посуды для готовки. Если на дне есть неровности, то посуду лучше заменить, так как кастрюля с неровным дном тратит до 50% энергии впустую. Можно экономить до 20% энергии, используя крышки на кастрюлях и сковородах во время приготовления пищи.

6. Очень важно правильно пользоваться холодильником: не оставлять открытой дверцу и не ставить в него горячие продукты, а замороженные продукты перед приготовлением нужно разморозить. Устанавливайте холодильник подальше от отопительных и нагревательных устройств. Всегда оставляйте и поддерживайте зазор в 5-10 см между задней стенкой холодильника и стеной помещения.

7. Мало кто знает, что стоимость электроэнергии может изменяться в зависимости от времени суток. Как правило, основная масса вырабатываемой электростанциями энергии расходуется днем. Ночью же эти предприятия работают вхолостую. Именно по этой причине энергия, вырабатываемая ночью, стоит намного дешевле. Этот способ экономии электроэнергии можно взять на вооружение людям, в домах которых обогрев осуществляется электричеством . Все, что для этого понадобится, так это установить и узаконить так называемый двухтарифный счетчик электроэнергии. Он имеет два механизма учета и реле, которое с наступлением ночи или утра переключает счетчик в тот или иной режим учета.

8. Одним из эффективных способов решения проблемы экономии электроэнергии является установка датчиков движения и присутствия. Принцип их работы прост: датчики автоматически включают / выключают освещение в помещении в зависимости от естественного потока света и присутствия людей. Возможным это делает технология инфракрасного излучения. Люди излучают тепловую энергию, которую улавливают датчики и подают сигнал на включение освещения.

9. Максимально используйте солнечный свет. Письменные столы расположены поближе к окну, чтобы делать уроки и читать при дневном свете.

10. И самое легкое – выключайте свет, когда выходите из комнаты.

Выводы по главе: наша гипотеза о том, что можно сэкономить на электричестве, если знать способы электросбережения подтвердилась полностью. Существует много способов экономии электроэнергии в быту. Есть самые простые, которые не можно выполнять без особого труда [10].

Заключение

Электричество – это важный ресурс необходимый каждому человеку для жизни. В своей работы мы приоткрыли две тайны электрической энергии и энергосбережения.

В начале работы мы выдвинули 2 гипотезы.

Первая - электрический ток вырабатывается на электростанциях с помощью воды, подтвердилась частично. В нашей стране для получения электроэнергии существует 3 вида электростанций; самое большое количество электроэнергии вырабатывается на ТЭС.

В Пермском крае 3 гидроэлектростанции . Две из них находятся на реке Кама. Это Камская ГЭС в городе Пермь (благодаря которой наше село Частые получает электроэнергию, тратя в месяц 411, 5 тыс. кВт) и Воткинская ГЭС города Чайковский. Еще одна - Широ́ковская ГЭС — на реке Косьве в Губахинском районе . 10 тепловых электростанций, работающих на сжигании природного газа, каменного угля и мазута.

Кроме этого, мы рассмотрели вид электричества - статическое— «электричество от трения».

Изучили принцип работы электрической цепи, и на ее основе создали игру, которая будет работать при помощи замыкания электрической цепи.

Используя фрукты и овощи, создали батарейку, которую можно использовать для приборов с низким потреблением энергии.

Раскрывая первую тайну электричества, мы узнали, что оно вырабатывается за счет сжигания очень важных и не всегда возобновляемых ресурсов. Таких, как вода, природный газ, каменный уголь, ветер. Получается, что тратя энергию, мы тратим и необходимые для жизни ресурсы и деньги, поэтому мы выдвинули вторую гипотезу - можно сэкономить на электричестве, если знать способы электросбережения.

В ходе работы мы убедились, что энергосбережение возможно и целесообразно. Изучив источники Интернета, мы сформулировали правила электросбережения.

Конечно, вообще отказаться от освещения и бытовых электроприборов в современном мире невозможно. Но существуют простые способы снижения потребления электроэнергии в быту, доступные каждому. Наиболее эффективный из них экономия на освещении. Для этого совсем необязательно сидеть в темноте. Достаточно заменить привычные для нас лампы накаливания компактными люминесцентными лампами, потребляющими гораздо меньше электроэнергии.

Мы заменили большинство обычных лампочек в нашем доме на энергосберегающие.

Чтобы привлечь внимание к проблеме разумного использования энергии в быту, мы выпустили буклет, в котором кратко оформили выводы по нашей работе. Буклет распространили среди жителей села Частые, так как мы считаем, что энергия тратится не всегда эффективно, мало внедряются энергосберегающие технологии. Часто люди тратят энергию впустую, из - за своей забывчивости, плохих привычек или по незнанию.

Экономное использование электроэнергии позволяет сократить объемы потребления энергоресурсов, а значит, снизить выбросы вредных веществ в атмосферу, сохранить чистоту водоемов. Экономя энергоресурсы, каждый из нас может внести свой посильный вклад в общее дело сохранения природы.

Список литературы

1. Большая детская иллюстрированная энциклопедия. М.: Эгмонт Россия Лтд., 2003

2. Большая книга «Почему?» (вопросы и ответы, любопытная и полезная информация), Издательство «РОСМЭН», 2006– 202 - 206с.

3. Гальперштейн Л. Здравствуй, физика! Детская литература. М. 1967г.

4. Горев Л. Занимательные опыты по физике. Просвещение. М. 1985г.

5. Кириллов И. Книга для чтения по физике (6-7классы). Просвещение. М. 1986г.

6. Спутник любознательных «Что такое? Кто такой?», Издательство «Просвещение», 1968

10. http :// bazila . net / energetika - i - radioelektronika / sposoby - ekonomii - elektroenergii . html