Элективный курс «Тепловые явления» 8 класс

Элективный курс

«Тепловые явления»

в 8 (общеобразовательном) классе

программа составлена

учителем физики ВКК

Г.М.Фроловой

МКОУ «Масловская СОШ»

Новоусманский район

Воронежская область

Пояснительная записка.

Данный курс для предпрофильной подготовки учащихся 8 класса рассматривает вопросы таких школьных дисциплин, как физика, экология, биология, география, история, математика, информатика.

Программа элективного курса рассчитана на 8 (16) часов учебного времени и состоит из 7 блоков (при 16 часах по 2 часа на рассмотрение блока).

Изучая физические явления, мы обращаем внимание на то, что их разделение на механические, тепловые, световые, электрические и другие условно. Множество явлений происходит совместно и одновременно. Связь явлений очевидна в одних случаях и скрыта в других. Для нахождения взаимосвязи нужен тщательный и глубокий анализ.

Если внимательно присмотреться к тому, что происходит вокруг нас, то примеров такой взаимосвязи можно найти множество. Понимание взаимосвязи и взаимозависимости явлений нужно для того, чтобы разобраться в сложных процессах, происходящих в окружающем мире, понять причины их возникновения и их изменений. Причиной изменения многих природных явлений является человеческая деятельность. Изменив окружающую среду, человечество изменяет происходящие в ней процессы и наблюдаемые явления.

Объектом изучения является «человек + природа». Данный объект изучается по частям отдельными дисциплинами. Поэтому не вырабатывается понимание глобальных экологических проблем, нет комплексного подхода к их решению. Данный элективный курс даёт возможность проявить свои знания учащимися в целостном подходе к окружающему миру.

Программа содержит знания, не содержащиеся в базовых программах и вызывающие познавательный интерес учащихся, а также представляющие ценность для определения ими профиля обучения в старшей школе.

Задачи курсапомогают связать приобретённые теоретические знания, полученные из государственной программы, с экологическими проблемами.

Данный элективный курс прошёл экспертизу в ВОИПКиПРО в декабре 2008г.

Цели курса:

Социально-психологическая:

► формирование познавательного интереса, интеллектуальных и экспериментальных умений и навыков;

► оказание учащимся помощи в принятии решения о выборе профиля обучения, направления дальнейшего образования;

► развитие интересов и способностей к самоорганизации, готовности к сотрудничеству, активности и самостоятельности, умение вести диалог, умение работать в группе, отстаивать свою точку зрения.

Академическая:

► способствовать развитию их творческих способностей;

► расширить представления учащихся об окружающем мире, формировать осознанное отношение к проблемам современного мира.

Задачи курса:

► обобщить полученные в рамках разных учебных предметов знания;

► способствовать восприятию учащимися современного мира целостно, во всех его взаимосвязях;

► формировать ценностное отношение к природе, человеку, своему здоровью;

► формировать активный интерес к событиям и фактам окружающего мира;

► развивать гибкость мышления, умение видеть альтернативные пути решения, преодолевать сложившиеся стереотипы;

► научить работать с источниками информации;

► привлекать учащихся к решению проблемных ситуаций, выполнению разнообразных по форме и содержанию заданий;

► формировать у учащихся современные научные взгляды на экологические проблемы, понимание их значимости в условиях стремительно развивающегося научно-технического прогресса;

► показать научно обоснованные способы уменьшения вредного воздействия деятельности человека на природу;

► сформировать у учащихся ответственное отношение к окружающей среде, воспитать личность, готовую к практической деятельности, к пропаганде экологических идей, к защите и изучению окружающей среды.

Планируемые результаты обучения:

Учащиеся должны з н а т ь:

♦ место и роль человека в решении глобальных проблем;

♦ специфику глобальных проблем современности;

♦ экологические проблемы (характеристика, пути решения);

♦ современное использование «океана энергии» человечеством.

Учащиеся должны у м е т ь:

♦ определять содержание кислорода в водоёме;

♦ объяснять превращения воды в природе;

♦ использовать агрегатные превращения воды в быту;

♦ рассчитывать потери тепла из строения;

♦ систематизировать и обобщать полученную информацию;

♦ формулировать свою точку зрения и обосновывать её;

♦ участвовать в дискуссии;

♦ работать в группе по решению познавательных задач;

♦ представлять результаты своей деятельности в виде реферата, доклада, презентации, защиты проекта.

Система оценивания достижений учащихся.

Ученик получает зачёт (оценка не ниже «4») при условии:

■ выполнение обязательной работы, предоставленной в установленный срок, в предложенной учителем форме с соблюдением стандартных требований к её оформлению;

■ дополнительные баллы за:

а) выполнение заданий, помимо обязательного;

б) презентацию своей работы в школе или за её пределами;

в) защиту проекта, заданного учителем или выбранного самим учеником;

г) составление вопросов для викторины;

д) предоставление дополнительной информации на занятиях.

Достижения фиксируются:

■ собеседованием в процессе работы;

■ накоплением материала, предоставленного учениками.

■ оцениваются результаты работы по трехбалльной системе:

- 3б за составление проекта или решение некоторой проблемы;

- 3б за проведённый эксперимент, правильный анализ работы;

- 2б за правильное решение задачи;

- 2б за составление кроссворда или вопросов для викторины;

- 1б за участие в дебатах.

Завершается изучение курса проведением конференции, на которую ученики предоставят проекты, доклады, презентации и т.д.

Тематический план.

Содержание программы.

Блок 1. Теплота и её источники.

С теплом прежде всего у нас связано ощущение летнего солнечного дня, домашнего уюта, комфорта. Особенно сильно мы это чувствуем дождливой осенью или зимой. Даже в оценке человеческих отношений мы часто используем это понятие, говоря: тепло человеческих отношений, тепло человеческих сердец, теплый прием, теплые чувства.

Тепло — это не только приятное ощущение, но и необходимое условие для жизни. Жизнь большинства людей мира немыслима без отапливаемого дома. Да и тем, кто живет в теплых странах, тепло нужно для приготовления пищи, для многих хозяйственных дел.

Обиходная мера тепла — это ощущение. Для определениясостояния предмета мы прикасаемся к нему и по ощущению определяем как теплей, горячий или холодный. Такая оценка не точна, она зависит от состояния нашего тела и даже от нашего настроения.

Чтобы убедиться в этом, проделаем небольшойопыт.

Возьмитетри глубокие миски или тарелки, наполните холодной, теплой и горячей водой. Опустите пальцы одной руки в горячую воду, другой — в холодную, подержите там около минуты. Потом обе руки быстро погрузите в миску с теплой водой и скажите, какая это вода.

Если в обыденной жизни тепловое состояние тел определяется по ощущениям, то в физике — по их температуре.Температурахарактеризует степень нагретости тел относительно друг друга и их внутреннюю энергию. Тела, окружающие нас: дома, автомобили, стол в комнате, горящая электрическая лампочка, текущая из крана вода, горящий в плите газ,— могут иметь разную температуру и соответственно разную внутреннюю энергию. В нашем эксперименте с водой внутренняя энергия горячей воды была самая большая.

Температура— одна из важных характеристик внешней среды, определяющих условия жизни. Климат или погоду мы прежде всего связываем с температурой воздуха, от температуры воды в реке или озере зависит разнообразие и активность водной жизни.

Животные и растения могут нормально развиваться в различных тепловых условиях. Для одних видов благоприятна холодная среда, и они могут нормально существовать даже при охлаждении тела до — 10 °С (их называюткриофилами). Другие (термофилы)предпочитают среду с высокой температурой. Например, в горячей воде термальных источников при температуре +90°С живут некоторые виды бактерий и водорослей.

Важным фактором среды являются колебания температуры. Для каждой местности характерны суточные и сезонные изменения температуры воздуха, поверхности почвы и водоемов. Реакция организмов и приспособляемость к колебаниям температуры очень различны. Например, песцы в тундре легко приспосабливаются к колебаниям температуры воздуха от — 55 °С до + 30 °С, а для многих видов водных организмов губительными оказываются колебания температуры воды в интервале 5— 10°С.

Птицы, млекопитающие животные и человек обладают специальным механизмом, поддерживающим постоянную температурутела независимо от колебаний температуры внешней среды. Например, понижение температуры тела в холодную погоду вызывает усиление активности химических реакций в организме с выделением тепла. Пища в этом случае служит «топливом», восполняющим запасы внутренней энергии, уходящей из тела при его охлаждении. В жаркое время года повышение температуры тела компенсируется усилением испарения.

Для растений, беспозвоночных животных, рыб, микроорганизмов температура внешней среды — определяющий фактор ихжизнедеятельности. Температура их тела изменяется вместес температурой среды.

Обмен энергией тела животных и тепловое равновесие с внешней средой осуществляются в процессах теплопроводности, теплового излучения, испарения и конвекции.

Однако приспособляемость животных к изменению внешних условий (факторов среды), как уже говорилось раньше, ограниченна. Это хорошо видно на примере поведения комнатной мухи при изменении температуры воздуха.

Состояние мухиt,°С

Смерть в течение нескольких минут (верхний
предел выживания) 46,5
Тепловой удар (кома)44,6
Избыточная активность40,1
Быстрые движения (максимум нормальной темпе-
ратуры)27,9
Нормальная активность23 —15
Замедленные движения (минимум нормальной _.
температуры)10,8
Прекращение движений6,7
Переохлаждение (кома)6,0
Смерть в течение нескольких минут (нижний
предел выживания)— 5,0

Факторы внешней среды, например температура воды в реке, изменяются, если в неё сбрасывают промышленные или бытовые стоки. Если эти изменения окажутся за пределами выживания для каких-то видов рыб и водорослей, начнется их постепенное вымирание. В то же время эти изменения могут оказаться благоприятными для других видов животных и растений, которые начнут вытеснять прежние виды живых организмов. Подобные изменения происходят повсюду.

К человеку закон толерантности применим в меньшей степени, так как человек может создать для себя искусственную среду обитания, не зависящую от внешнего окружения. Примером таких искусственных сред может быть подводная лодка и космический корабль. Одежда также является искусственно созданной оболочкой, изолирующей от внешней среды.

В США с 1991 г. проводился эксперимент «Биосфера», в котором восемь добровольцев жили в течение двух лет в полностью изолированном от внешней среды сооружении, имеющем замкнутую систему снабжения воздухом, водой, пищей. Из внешнего мира они получали только информацию и солнечный свет, дававший тепло и электрическую энергию. Овощи, фрукты и злаки, выращиваемые исследователями, полностью обеспечивали их собственные нужды и шли на корм животным.

Идея этого эксперимента связана с поиском путей выживания в случае глобальной экологической катастрофы и с разработкой технологии, которая позволит человеческому обществу сохранить природу, создав свой, изолированный мир. В нашей стране аналогичный эксперимент проводится с 1995 г. Оба эти проекта сильно напоминают произведения научной фантастики и подвергаются критике за трату больших средств. Однако, кто точно знает, что ждет нас в будущем, и подготовиться к нему заранее совсем нелишне.

Проекты типа «Биосфера» направлены на поиски путей, уменьшающих влияние антропогенных факторов на природу. Это влияние стало настолько мощным, что привело к глобальному потеплению климата.

Температура окружающей среды, ее изменения в определенных пределах, процессы теплообмена живых организмов с внешней — необходимое условие существования жизни.

Источники теплоты можно разделить на естественные и искусственные.

К естественным источникам относятся: Солнце, Земля (точнее, литосфера), теплокровные животные, молнии, останки животных и растений, выделяющие тепло при химических реакциях разложения.

Солнце – главный источник энергии большинства процессов в биосфере.

Поток солнечной энергии на границе земной атмосферы характеризуется солнечной постоянной, равной 1,36 кВт/м². Мощность солнечного излучения на поверхности Земли зависит от географической широты, времени года и суток. Для широты Москвы ее среднее значение равно примерно 0,25 кВт/м².

Солнечная энергия является основным фактором большинства земных процессов: формирования климата и ландшафтов, возникновения ветров, морских течений выпадения осадков, течения рек, существования жизни, образования растительной биомассы и т. п. Частичное поглощение солнечной энергии в атмосфере и на поверхности Земли обеспечивает среднегодовую температуру нижних слоев атмосферы +15°С и создает благоприятные условия для существования жизни.

Природагеотермальной энергии точно еще не выяснена. Считается, что основной поток тепла возникает в земном ядре, температура которого 6000 °С. Это мощный источник, однако почти вся его энергия расходуется на нагревание пород внутри Земли и до поверхности доходит лишь ничтожная его часть. Кроме того, плотность потока энергии, достигающего литосферы, уменьшается в 16 раз, так как площадь ядра во столько же раз меньше площади земной поверхности. Температура поверхности Земли в результате нагрева только этим потоком была бы —243 °С. Очевидно, что ни о какой жизни при такой температуре не может быть и речи. Другой поток тепла создается при распаде радиоактивных элементов, залегающих в земной коре на глубине примерно 20—50 км. От него и зависит среднее наблюдаемое повышение температуры на 30 °С на километр глубины от поверхности.

На поверхность геотермальная энергия, помимо процессов теплопроводности, выносится также с продуктами извержения вулканов, горячими водами и парами термальных источников.

Измерить температуру на большой глубине удалось благодаря сверхглубокому бурению. Скважина, пробуренная у нас на Кольском полуострове, имеет глубину 11 км. Глубина 16 км считается предельной для современного состояния бурильной техники. Дальнейшее продвижение в глубь Земли связано с огромными техническими трудностями.

Исследование геотермальной энергии представляет огромный интерес для человечества в связи с возможностями ее использования. Специалисты подсчитали, что потребление только 1 % внутренней энергии пород на глубине свыше 5 км было бы достаточным для снабжения энергией всего человечества в течение 4 тыс. лет.

Биоэнергия.Человеки теплокровные животные в процессе жизнедеятельности передают теплоту окружающей среде. Это явление получило специальное название — теплопродукция.Так, теплопродукция одного человека за год равна примерно 4 - 10⁹ Дж. Тепло также освобождается в процессе распада и окисления останков растений и животных и отходов их жизнедеятельности. Это большой поток энергии, если учесть огромное количество только растительной массы: 2,32 • 10¹¹т в год, создаваемой в процессе реакции фотосинтеза. Тепло выделяется также и при разложении растительной массы без доступа кислорода: нагрев больших куч навоза, самовозгорание стогов соломы, торфяников, свалок. Последнее представляет большую и серьезную проблему для работников городского хозяйства. Дым горящих свалок не только неприятен, но и опасен из-за обилия в нем различных ядовитых веществ. Наиболее опасными являются диоксины, они по токсичности превосходят многие сильные яды.

При разложении органических материалов без доступа кислорода образуется газ, обычно называемый биогазом.В биогаз может преобразоваться до 20% органической массы мусора. Использование биогаза представляет большой интерес для энергетики, так как на 60% он состоит из метана.

Искусственных источников теплоты гораздо больше, чем естественных, и больше их разнообразие. Первым источником тепла, созданным человеком, был костер. Произошло это примерно двести тысяч лет назад в эпоху палеолита. Роль костра намного значительнее, чем только источника света и тепла или средства приготовления пищи. Вокруг него начало формироваться человеческое общество, а вместе с этим появились первые проблемы в отношениях с природой. Существует гипотеза о том, что потребление огромного количества растительности для хозяйственных нужд племенами, населяющими север Африки, привело к опустыниванию больших территорий и возникновению пустыни Сахара. Возможно, что это была первая экологическая катастрофа в истории человечества.

И в наши дни около половины мирового населения используют в качестве топлива древесину, отходы сельского хозяйства, навоз.

Сегодня главный источник выбросов тепла в окружающую среду — тепловые электростанции, работающие на газе, угле и нефти. На них вырабатывается почти 80% мировой электроэнергии. Заводы, особенно металлургические, также вносят свой немалый вклад в этот поток тепла.

Большое количество теплоты вместе с газами выбрасывается котельными теплоснабжения. Их много в любом городе России. Например, только в подмосковном городе Коломна с населением в 162 тыс. человек таких котельных 172.

Транспорт автомобильный, железнодорожный, водный, воз­душный выбрасывает теплоту в атмосферу вместе с отработанными газами и через систему охлаждения.

Огромное количество теплоты выделяется при сжигании растительной и животной биомассы. По оценкам специалистов, ежегодное производство этой энергии равноценно энергии, получаемой при сжигании 40 млрд. т нефти. Биомасса в форме древесного топлива, остатков сельхозкультур (солома) и навоза является основным источником топлива более чем для 2 млрд. человек, а для многих развивающихся стран, таких, как Эфиопия, она представляет единственный доступный источник энергии.

Тепло, выделяемое в окружающую среду человеческим обществом, в научной литературе называютантропогенным.

Из обсуждения источников тепла мы приходим к очень важному выводу:

на Земле в биосфере возник новый антропогенный источник тепла, способный повлиять на многие природные процессы.

Вопросы для обсуждения

Какие тепловые явления существуют в природе, может ли человек оказывать на них влияние? Какие тепловые явления используются в быту, в технике?

При болезни опасно состояние с температурой 40 °С, выше нее может наступить смерть. Как же могут люди находиться в парной при температуре выше 100°С?

Городской житель в среднем выбрасывает 2 кг мусора в день, вместе с ним выбрасывается неиспользованная энергия. Какое количество теплоты можно получить из мусора, выбрасываемого семьей из трех человек в течение месяца? Можно ли использовать эту энергию?

Тестирование

1.Тепловыми явлениями называются…

а) любые явления, происходящие в природе;

б) явления, протекающие только в безвоздушном пространстве;

в) явления, связанные с изменением температуры тела;

г) явления, протекающие без изменения температуры тела.

2.Металлическая ручка и деревянная дверь будут казаться на ощупь одинаково

нагретыми при температуре…

а) выше температуры тела;

б) ниже температуры тела;

в) равной температуре тела

3.Какие тела обладают лучшей теплопроводностью?

а) твёрдые;

б) жидкие;

в) газообразные;

г)все тела имеют одинаковую теплопроводность.

4.Процесс излучения энергии более интенсивно осуществляется у тел…

а) с тёмной поверхностью;

б) с блестящей или светлой поверхностью;

в) имеющих более высокую температуру;

г) имеющих низкую температуру;

д) имеющих гладкую поверхность.

5.Каким способом осуществляется передача энергии от Солнца к Земле?

а) теплопроводностью;

б) излучением;

в) конвекцией;

г) совершением механической работы над телом;

д) теплопроводностью, конвекцией и излучением в равной мере.

Задачи

1. Все птицы – теплокровные животные. Температура тела у них постоянна. Она выше, чем у млекопитающих, и равна примерно 42 ^οС, а у некоторых видов – 45-45,5 ^οС. тело покрыто перьями, а передние конечности превратились в орган полёта – крылья.

Вопрос. Какую роль играет сезонное изменение длины и густоты оперения?

Ответ. Роль терморегуляции организма.

2. Мышки дрожат от холода, но и для того, чтобы согреться. При дрожании скелетных мышц тепла выделяется уж не так и много, но биохимические реакции выделения тепла резко ускоряются. Подрожит мышка, постучит зубками и запустит на полную мощность свою отопительную систему.

Вопрос. А почему изменяется внутренняя энергия мышки?

Ответ. Механическая энергия превращается во внутреннюю энергию.

Блок 2. Устойчивая окружающая среда и тепловые явления.

Климат.Опасность мировой экологической катастрофы становится главной проблемой нового столетия. Для ее предотвращения конференция глав государств в Рио-де-Жанейро в 1992 г. приняла программу сохранения устойчивой окружающей среды и устойчи­вого развития общества, так называемую «Повестку 21».

Понятие устойчивости вроде бы не связано с окружающей нас средой, так как в ней постоянно происходят какие-то изменения. То ветер подул, то вдруг температура понизилась, то гроза налетела, то пыль поднялась и т. д. О какой же устойчивости идет речь? Подустойчивостьюпонимается прежде всего устойчивость климата, повторяемость природных явлений, благодаря которым каждый год осенью созревают фрукты и картофель, зимой ложится снег, а летом и осенью выпадает дождь в количестве, достаточном, чтобы земля была плодородной. Это и устойчивость среднегодовой температуры приземной части атмосферы, которая независимо от сезонных и всяких других изменений вот уже почти десять тысяч лет постоянна и равна 15 °С. Ее повышение всего на 1 °С за прошедшие 25 лет связывают с выбросом в окружающую среду огромного количества теплоты и продуктов сгорания. Считается, что это и стало причиной многих природных катастроф последних десятилетий. Среди них небывалые дожди в Европе и на Дальнем Востоке, вызывающие мощные разливы рек и затопление больших территорий; уже десятилетие длящаяся засуха в большой части Северной Африки, унесшая сотни тысяч жизней; разрушение части ледникового покрова Антарктиды и различные другие явления,

Устойчивость климата и природных процессов зависит от постоянства потоков энергии в окружающей среде и процессов обмена энергией между Землей и космосом. Этот обмен называют радиационным балансом Земли. В нем участвуют различныеявления и процессы, в том числе процессытеплопроводности,конвекции, излучения.

Климат определяет разнообразие природных зон. Их существует множество, например ледяная тундра, лесостепи, степи, зоны хвойных лесов, пустыни умеренного пояса, сухие и влажные субтропики, тропики и т. д. На территории России можно выделить 10 различных зон.

От климата и типа природной зоны зависит и многообразие жизни. Если влажные тропики поражают исследователей множеством видов растений и животных, то в ледяной зоне Антарктиды жизнь — редкое явление.

Наибольшее влияние на климат оказывает энергия солнечного излучения. Часть его отражается атмосферой, не оказывая существенного влияния на земные процессы. Большая часть поглощается, нагревая воздух, океаны, поверхность континентов.Температура поверхности и прилегающего воздуха зависит от количества поступившей солнечной энергии, которая, в свою очередь, зависит прежде всего от географической широты местности. Например, в районе Москвы мощность солнечной радиации в 2 раза меньше, чем в пустыне Сахара. В этом и есть причина холодного климата в северных широтах и теплого на юге

Предположим, что поверхность, например, вблизи экватора нагрета солнечным излучением.

Часть энергии нагретой поверхности передается прилегающим слоям воздуха за счет теплопроводности (рис. 1а).

Рис.1а

Нагретый воздух поднимается вверх, образуяконвекционныепотоки (рис. 1б)

Рис.1б

Часть энергии отдается поверхностью в форме невидимого теплового излучения (рис. 1в), еще некоторая часть количества теплоты переносится в воздух вместе с водой, испаренной с поверхности (рис. 1г).

Р ис.1в

Рис.1г

Теплые массы поднимаются вверх, а их место занимают более холодные и плотные слои, снова принимающие тепло от нагретой поверхности и также поднимающиеся вверх. При движении вверх потоки воздуха охлаждаются, передавая энергию более холодным слоям на больших высотах.

Земная поверхность и нагретый ею воздух, как мы знаем, излучают тепло. Этот поток энергии должен уходить в космическое пространство, так как воздух прозрачен для теплового излучения! Но дело в том, что в воздухе, кроме азота и кислорода, содержатся пары воды и углекислый газ, задерживающие часть уходящего в космос теплового излучения. Температура воздуха повышается в результате этого эффекта, создавая благоприятные условия для существования жизни.

Это явление напоминает действие стекла в парнике и поэтому получило название парниковый эффект (рис. 2).

Рис.2

Солнечная энергия распределяется в атмосфере в результате действия различных тепловых явлений: теплопроводности, конвекции, излучения, испарения, «парникового эффекта». Эти явления — главные в формировании климата и среднегодовой температуры.

Тепловые явления и ветры. Энергия солнечного света, преобразованного в энергию нагретых масс воздуха,— главная причина такого важного явления, как ветры.

Не будь ветров, не было бы дождей и снега, температурные контрасты на Земле были бы очень велики. Людям, живущим в зоне пустынь, не хватало бы кислорода, так как там мало растительности, не было бы многих видов растений, опыляемых ветром, не было бы парусного флота и многого другого.

Ветры, как и поверхность Земли, и атмосфера формировались в течение миллионов лет. Их устойчивость — важное условие для существования жизни.

Для построения упрощенной модели ветров представим Землю в виде сферы с ровной поверхностью, равномерно покрытой слоем воздуха. Предположим, что солнечные лучи падают параллельно плоскости экватора, при этом экваториальные области прогреваются больше, чем высокоширотные (рис. 3б). Это приводит к образованию мощных вертикальных конвекционных потоков воздуха. По мере движения вверх они расширяются из-за уменьшения давления, а на границе тропосферы, примерно 17 км, они под действием силы тяжести разделяются на две части, движущиеся к полюсам вдоль меридианов.

В реальности эта картина усложняется тем, что температура поднимающегося воздуха падает и на потоки воздуха влияет вращение Земли. Влияние этих факторов приводит к тому, что потоки воздуха, не достигнув полюсов, опускаются вниз в широтах около 30 ° и образуют замкнутые циркуляции, или ячейки, покрывающие Землю в форме поясов (рис.3а). Дальше отэкватора образуются еще по два ветровых пояса в Северном и Южном полушариях. Из-за вращения Земли ветры в экваториальных поясах отклоняются к западу, а в соседних, примыкающих к ним — к востоку.

Ветры двух первых поясов в обоих полушариях получили название «торговых», они сыграли огромную роль в развитии парусного флота, географических открытий и торговли. Этим ветрам Колумб обязан открытием Америки.

Образование глобальных ветров можно представить как результат действия гигантской тепловой машины, в которой движение воздушных масс происходит за счет энергии, переданной им поверхностью Земли, нагретой Солнцем.

Рассмотренная картина очень упрощена, в ней не учтеныгорные хребты, не учтено то, что почти³/₄поверхности покрыто водой, не учтено расположение материков и то, что их поверхность чрезвычайно разнообразна и изменяется под влиянием человеческой деятельности. О влиянии типа земной поверхности на тепловые явления вы уже знаете.

Кроме ветровых поясов, существуют еще циклоны и антициклоны, появление которых зависит не только от природных условий, но и от человеческой деятельности. Циклоны возникают при движении воздушных масс в область низкого давления, образованную обычно влажным воздухом. При движении к центру области низкого давления воздух закручивается из-за вращения Земли и поднимается вверх.

Рис.3а Рис.3б

Рис.3. Схема образования ветров:

а—глобальные ветровые пояса;

б— атмосферные ветровые ячейки.

По мере подъема скорость падает, давление уменьшается, воздух охлаждается, появляется облачность. На снимках из космоса зоны циклонов имеют характерный вид, напоминающий воронки на воде. Похожее явление можнонаблюдать при стоке воды из ванной.

Высокое давление, создаваемое сухим плотным воздухом, способствует образованию антициклонов. Воздух из этой зонырастекается вниз, увлекая воздушные массы из верхних слоев тропосферы.

Появление циклонов и антициклонов и их движение зависят от соотношения холодных и теплых масс воздуха. С антициклонами связана ясная солнечная погода, морозная зимой и жаркая летом, циклоны приносят облачность, дожди или снег.

Мы хорошо знаем, что наша жизнь, работа промышленности и транспорта, сельское хозяйство зависят от устойчивости климата, от местных погодных условий. Необычно сильные морозы зимой приводят к гибели садов и посевов, проливные дожди — к разливу рек и разрушению сооружений на их берегах. Такие явления стали наблюдаться в последние два десятилетия в районах, где их прежде никогда не было, например разрушительные осенние паводки в Европе в период 1985—1995 гг. Специалисты считают, что одна из причин этих изменений — нарушение природных потоков энергии в результате выбросов огромного количества теплоты производством и транспортом.

Происходящие явления очень сложны, описать их точнои безошибочно предсказать невозможно, несмотря на все достижения науки и вычислительной техники. Слишком много действует различных факторов, и одним из них является человеческая деятельность, или, как мы определили ее раньше, антропогенный фактор.

Из этого краткого обсуждения можно сделать вывод:

устойчивость потоков теплых и тепловых процессов в природе обеспечивает условия для существования жизни на Земле.

Вопросы для обсуждения

Существует ли в водоемах что-то подобное образованию ветров в атмосфере? Ведь вода также прогревается солнечным светом.

Может ли нагретое тело остывать в вакууме? Если да, то приведите пример такого тела.

Если температура воздуха зимой —20 °С, то какой может быть температура поверхности почвы в двух случаях: земля покрыта снегом, снега нет? (Такая же, ниже, выше.)

После уборки урожая поля обычно вспахивают на зиму. Влияет ли это на теплопроводность почвы и как? (Становится она больше/меньше, неизменяется.) Как теплопроводность почвы влияет на урожай?

Задачи

1. Подводные извержения также представляют собой грозное и величественное зрелище. Однако наблюдать их от начала до конца удаётся крайне редко. Исключением стала огненная эпопея у берегов Исландии в 1963 году. В конце ноября этого года с рыболовецкой шхуны на рассвете заметили столб дыма над океаном. К вечеру из воды показался чёрный островок. В центре его зиял кратер, из которого поток лавы, нагретый до 1200 градусов, низвергался огненным водопадом в океан. Вода кипела и бурлила. А над ней поднималось огромное облако. Скоро оно достигло высоты в 10 км и закрыло солнце. В чёрных тучах пепла сверкали молнии. На следующий день полился чёрный дождь из воды и пепла.

Вопрос. Какое количество теплоты отдавала лава воде, остывая на 200 ^οС, если удельная теплоёмкость лавы около 800 Дж/кг^οС ?

Ответ. 1 кг лавы отдавал 160 кДж энергии.

2. Климат пустынь характеризуется высокими температурами воздуха. Средняя температура в тени в летнее время превышает 25^οС, нередко достигает 50^οС. максимальная температура +58^οС была зарегистрирована в Эз-Завии в Ливии. Чрезвычайно велика интенсивность прямой солнечной радиации, что связано с большой прозрачностью воздуха и малой облачностью. Под солнечными лучами почва прогревается до 70-80^οС. металлические предметы настолько раскаляются, что прикосновение к ним может вызвать ожог.

Вопрос. Какую энергию поглощает 1 м³ воздуха при нагревании на 10^οС ?

Ответ. Примерно 10 кДж.

3. Жара – это первое, что приходит на ум, когда говорят о пустыне. Температура в тени в пустыне достигает 50^οС и более, почва при этом прогревается на до 70-80^οС. для того, чтобы запечь яйцо, не нужна сковородка: достаточно закопать его в горячий песок. Металл на солнце раскаляется так, что прикосновение к нему вызывает сильные ожоги.

Вопрос. До какой температуры нагревается стальной лист массой 1 кг, если при нагревании он поглощает 100000Дж энергии? начальная температура воздуха 50^οС.

Ответ. 250^οС.

4. У подножья второй по высоте вершины Пиренеев – Монте-Перидо, достигающей высоты 3356 метров и всего полсотни метров уступающей пику Ането, расположен цирк Гаварни. Со скальных стен Гаварни, вздымающихся на 500-600 метров над дном цирка, падают вниз целых 12 водопадов. Большинство из них уже метрах в 100 от дна рассыпаются в мелкую водяную пыль, облаком висящую над цирком. Лишь воды самого высокого и мощного из «великолепной дюжины» долетают до земли, преодолев прыжками 422 м в свободном полёте.

Вопрос. Как изменяется температура воды, если считать, что вся энергия пошла на нагревание воды?

Ответ. На 1^οС.

Блок 3. Тепловое загрязнение биосферы.

Любой вид человеческой деятельности, связанный с производством энергии и ее использованием, сопровождается выбросом тепла в окружающую среду, что прямо или косвенно влияет на множество природных явлений. Степень этого влияния зависит от количества произведенной энергии. Подсчитано, что за последние 20 лет человечеством использовано столько же энергии, сколько за всю предшествующую историю. Особенно заметно влияние теплового загрязнения на атмосферные явления и состояние рек вблизи больших городов и промышленных центров. Появился даже термин «теплые острова», определяющий эти источники тепла.

Тепловое загрязнение атмосферы происходит в результате выбросов тепла в окружающую среду вместе с нагретыми газами, жидкостями и твердыми телами. Одних только газообразных продуктов сгорания в мире выбрасывается около 40 млрд. т в год. Температура воздуха вблизи антропогенных источников тепла повышается. Усиливаются конвекционные потоки воздуха, увеличивается скорость ветров. Повышение температуры воздуха ведет к усилению испарения с поверхности почвы, растительности и водоемов. Все это, вместе взятое, может привести к изменению погоды в данном районе, к изменению условий жизни и хозяйственной деятельности.

К тепловому загрязнению относят и нарушение естественного температурного режима местности при вырубке лесов, осушении болот, распашке целины. Температура почвы зависит от раститель­ного покрова на ней: травы, кустарников, деревьев. Под плотным растительным покровом колебания температуры почвы не очень велики при суточных изменениях освещенности и температуры воздуха. В таких условиях долго сохраняется дождевая вода и практически неизменен уровень грунтовых вод. Леса являются хорошим аккумулятором тепла и влаги и регулятором погоды. Вырубка лесов и усиленный выпас скота на лугах приводят к тому, что почва больше нагревается солнечными лучами. Вода, попавшая в нее с дождями, испаряется быстрее и не обеспечивает в достаточной степени питание растений. Ночью такая поверхность быстро остывает. Суточный контраст температуры увеличивается, изменения температуры выходят за пределы толерантности отдельных видов животных и растений, что ведет к их исчезновению. Начинается процесс, приводящий к опустыниванию.

О подобных явлениях вы можете прочитать в замечательной книге «Легкие нашей планеты», написанной Арнольдом Ньюменом.

Кроме того, загрязнение атмосферы производственными и транспортными газами оказывает и косвенный эффект на потоки тепла в атмосфере. Например, установлено, что повышение концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к повышению температуры нижних слоев тропосферы. Это явление получило название антропогенного «парникового эффекта». Считается, что оно является основной причиной глобального потепления климата последних двух десятилетий.

Расчеты, сделанные на основе роста населения Земли и связанного с этим потребления энергии, показывают, что приблизительно к 2030 г. должно произойти удвоение концентрации углекислого газа в атмосфере и повышение ее средней температуры на 4 °С. Это вызовет таяние льдов большой части полярных шапок, повышение уровня Мирового океана на 4—6 м и затопление огромных густонаселенных территорий приморских стран.

Тепловое загрязнение рек. Есливы живете в промышленно районе, где протекают реки, то наверняка замечали, что зимой эти реки не замерзают. Например, уже 30 лет не замерзает Москва-река в среднем и нижнем течении, Кама ниже города Перми, Енисей ниже Красноярска. Произошло это оттого, что в эти реки и многие другие сбрасывается огромное количество теплой воды и веществ, выделяющих тепло при растворении и разложении в воде. Только в Москве количество этой воды превышает 6,5 млн. м³в сутки.

Повышение температуры воды приводит к многочисленнымнегативным последствиям. Зимой такие реки либо совсем не замерзают, как Москва-река, либо замерзают на очень короткое время. С поверхности таких рек увеличивается испарение воды, что ведет к повышению влажности воздуха в бассейне рек, а значит, и к изменению микроклимата района. В теплой воде хуже растворяется кислород воздуха, без которого невозможна жизнь многочисленных водных организмов и который необходим для разложения многочисленных веществ, попадающих в реки с грязными стоками. В теплой воде, обедненной кислородом, бурно развиваются сине-зеленые водоросли. Они подавляют развитие растений и мелких животных — основного питания рыб. Крупная рыба из таких рек исчезает. Повышение средней температуры воды рек и озер становится причиной их «болезни».

Повышение температуры окружающей среды в результатечеловеческой деятельности называется тепловым загрязнением.

Из этого краткого и упрощенного анализа следует:

тепловое загрязнение окружающей среды нарушает устойчивость происходящих в ней локальных и глобальных природных процессов, приводит к ухудшению условий жизни человека, животных и растений.

Важнейшей задачей современной науки становится развитие технологий, позволяющих сократить количество сжигаемого ископаемого топлива и биомассы и уменьшить выброс парниковых газов и тепла в атмосферу. Физика в решении этой задачи играет очень важную роль.

Вопросы для обсуждения

Что такое «парниковый эффект»? Какова его роль в процессах биосферы?

Влияют ли выбросы антропогенного тепла на ветры и состояние рек?

Почему проблема «парникового эффекта» возникла только во 2-й половине нашего столетия?

Существуют ли природные источники выбросов большого количества теплоты в окружающую среду?

Проекты

1. Будут ли затоплены материки Мировым океаном, если весь плавающий в нем лед по каким-нибудь причинам растает?

2. Составить кроссворды на тему «Естественные и искусственные источники теплоты».

Блок 4. Прогнозирование тепловых процессов.

Воздействие человеческого общества на природную среду стало настолько мощным, что законодательством многих стран, в том числе и России, предусмотрено проведениеэкологической экспертизыпри разработке проектов или строительстве промышленных и сельскохозяйственных производств, транспортных магистралей, энергетических установок, линий электропередач и многого другого.

Главная задача экологической экспертизы – разработать прогнозвозможного опасного воздействия объекта на окружающую среду и людей. Составление такого прогноза — задача очень непростая из-за сложности природных явлений.

Прогноз делается на основе либо значительного числа данных, собранных за большой промежуток времени, либо данных, полученных из решения уравнений, описывающих исследуемое явление. Например, решая уравнение S=Yt для заданной старости и времени полета, можно определить расстояние, которое пролетит самолёт.Если известно место вылета и направление полета, то по карте находят место, до которого долетит самолет за данное время. Вычисленное расстояние дает возможность определить количество горючего, необходимого для полета. Для более точного планирования (прогнозирования) полета необходимо учесть скорость и направление ветра, высоту полета. Описание полета самолета с помощью уравнения с учетом различных факторов, влияющих на полет, можно назвать моделью полета.

Теперь, пользуясь знаниями о тепловых явлениях, попробуем составить два прогноза: теплового загрязнения атмосферы и теплового загрязнения реки.

Тепловое загрязнение атмосферы. Для того чтобы решить эту задачу, нужно определить, что служит источником теплового загрязнения воздуха, как происходит это загрязнение и к каким последствиям может привести. Задача очень сложная.

Сложность заключается в том, что источников тепла очень много, они отличаются по процессам преобразования разных форм энергии в теплоту, по видам топлива, по среде, в которую отдаётся энергия, по расположению источников, по количеству теплоты, отдаваемой ими в окружающую среду.

Среда, в которую попадают эти потоки энергии,— атмосфера, водоемы, земная поверхность — тоже непростая. Воздух может быть подвижным и неподвижным, сухим и влажным, с горизонтальными и вертикальными потоками. Также нужно определить, какой части атмосферы передается это количество теплоты.

Вопросов, возникающих уже при постановке такой задачи, очень много. Поэтому пойдем по пути ее упрощения.

В очень упрощенной модели ограничимся устройствами, сжигающими только нефтепродукты. Это автомобильный, железнодорожный, водный и воздушный транспорт, теплоэлектростанции, котельные и т. п. Будем считать, что тепло источников рассеивается в слое воздуха высотой до 1 км. Если масса атмосферы 5,3* 10¹⁸ кг, то масса этого слоя 0,6*10¹⁸ кг. Далее предположим, что все эти источники равномерно распределены по поверхности материков, исключая Антарктиду, и в процессе теплопередачи участвует только воздух, находящийся над материками, т. е. примерно 3/4 его м ассы. Следовательно, масса – воздуха , принимающего тепло продуктов сгорания, равна 0,45*10¹⁸ кг.

Ежедневно, в мире добывается около_3,3 млрд. т нефти. Если предположить, что вся добытая нефть сжигается в течение суток, можно определить количество выделившейся при этом теплоты:

Q=qm=45*10⁶Дж/кг*3,3*10¹²кг=1,5*10²⁰Дж,

гдеq— удельная теплота сгорания нефти (q = 45*10⁶ Дж/кг), т— масса сгоревшего топлива, кг.

Энергия продуктов сгорания, выброшенных в атмосферу, приводит к возрастанию температуры воздуха. Повышение средней температуры атмосферы вычислим, предполагая, что вся эта энергия передается только воздуху:

Q выд =Q получ

и используя известную вам формулуQ_получ.=сm∆t, где ∆t=(t₂-t₁)

Теплоемкость воздуха с=10³ Дж/(кг-°С), среднегодовая температура воздуха t₁ = 15 °С, t₂— температура нагретого воздуха.

Q_получ.=(10³Дж/кг^οС)*0,45*10¹⁸кг*∆t ^οС

Отсюда получим, что средняя температура на большей части приземной атмосферы повысится примерно на 0,33 °С.

На первый взгляд это небольшая величина, а в более точной модели она должна быть еще меньше. Так, может быть, нет основания для беспокойства по поводу нарушения тепловых процессов. Но важно помнить, что критическое повышение средней температуры, предсказанное учеными, равно 4 °С. И еслипредположить, что средняя температура будет повышаться в год всего на 0,1 °С, то своего критического значения она достигнет через 40 лет.

Кроме возрастания температуры воздуха при прямом поступлении энергии сгоревшего топлива, нужно учесть еще косвенное влияние продуктов сгорания, усиливающих действие «парникового эффекта», что, в свою очередь, может еще больше увеличить среднюю температуру атмосферы.

Повышение средней температуры означает, что где-то она повысится больше, где-то меньше. Это приведет к изменению давления, влажности, ветровой системы, т. е. будет затронута длинная цепочка природных явлений.

Итак, даже наша грубая модель изменения состояния атмосферы под влиянием антропогенного тепла позволяет сделать вывод об изменении климата и погоды и об опасных последствиях такого изменения.

Тепловое загрязнение рек. Похожие рассуждения мы можем провести для исследования влияния сброса теплой воды в реки. Известно, например, что на одного жителя Москвы приходится около 600 л воды в сутки. Предположим, что вся эта вода сбрасывается в канализацию, а оттуда попадает в основном в Москву-реку и температура этой воды около 20 °С. Очевидно, что в результате сброса температура воды в реке повысится. А это значит, что лед при таких условиях образоваться не может, испарение воды с поверхности увеличится, возрастет и вероятность образования туманов и пасмурных дней. Действительно, река ниже Москвы до самого впадения в Оку не замерзает много лет.

Вопросы для обсуждения и задачи

Ежедневно в мире добывается 3,3 млрд т нефти. Предположим, что вся нефть сжигается. Оцените экологические последствия.

1. Какое количество льда можно растопить за счет тепла, образующегося при сгорании этой нефти? Насколько образовавшаяся вода поднимет уровень Мирового океана?

2. При сгорании нефти образуются газы. Какого газа образуется больше всего? Определите примерно его массу при сгорании указанного количества нефти.

3.С каким глобальным физическим явлением связано наличие этого газа в атмосфере? Положительное это явление или отрицательное?

Тестирование

1. Торф какой массы надо сжечь, чтобы получить такое же количество теплоты, как при сжигании 5 кг керосина?

А. 14 кг. Б. 1604 кг. В.20 кг.

2. Сколько кг каменного угля надо сжечь, чтобы получить 5,4 * 10⁷Дж энергии?

А. 1 кг. Б. 4 кг. В. 2 кг.

3. Какое топливо при сгорании выделит большее количество теплоты: торф, нефть, дрова, каменный уголь, учитывая, что масса топлива одинакова?

А. Торф. Б. Дрова. В. Нефть. Г. Каменный уголь.

4. Какое количество теплоты можно получить, сжигая 4 кг бензина?

А. 18,4 * 10⁷ Дж. Б. 20 * 10⁷ Дж. В. 10 * 10⁷ Дж

Проблема

Вычислить теплоту сгорания топлива, состоящего из одной части (по массе) каменного угля и двух частей древесных опилок.

Блок 5. Газ, жидкость, твёрдое тело.

Вещество в окружающем нас мире существует в трех основных состояниях: твердое, жидкое, газообразное.

Атмосфера — это газовая оболочка Земли, для живых существ — часть среды обитания, дно воздушного океана. Воздух — наиболее распространенный газ на Земле — состоит из 78% азота, 21% кислорода и 1% других газов, из которых больше всего аргона. Каждый из газов независимо от его количества играет очень важную роль для существования жизни. Казалось бы, какое значение могут иметь углекислый газ и озон, ведь количество их ничтожно мало по сравнению с азотом и кислородом. Углекислого газа всего 0,03%, а озона и того меньше. Но, не будь их в атмосфере, не было бы жизни на Земле. А если углекислого газа станет больше, например 0,1%, то неизвестно, сможет ли человек жить.

Из всех жидкостей, встречающихся в природе, больше всего воды. Других жидкостей не так уж много: нефть, ртуть,— остальные искусственного происхождения. Вода на Земле не просто жидкость, состоящая из молекул Н₂О, а раствор множества различных веществ, в том числе и газов, и их концентрация очень важна для живых существ. В химически чистой воде жизнь невозможна.

Наиболее распространенным на Земле является твердое состояние вещества. Твердых тел на Земле множество — земля, И дома, автомобили, телевизоры, стулья, книги, ложки и т. п. Животные и растения тоже можно отнести к твердым телам.

Эти состояния вещества во всем их многообразии находятся в сложной взаимосвязи, обеспечиваемой различными процессами, в том числе агрегатными превращениями. Например, круговорот воды включает в себя испарение, конденсацию, кристаллизацию, плавление.

Устойчивость этих связей и взаимопревращений — важнейшее условие жизни.

Превращения воды в природе. Вода — это главная жидкость для существования жизни. Большинство живых организмов на 70—80% состоят из воды. Прогресс человеческого общества немыслим без возрастающего использования воды. Сельское хозяйство, промышленность, бытовой сектор потребляют огромное количество воды.

У французского писателя Антуана де Сент-Экзюпери есть
замечательные слова:

«Вода! У тебя нет ни вкуса, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты есть сама жизнь».

Все, о чем здесь сказано, нам известно. Главное, что важно подчеркнуть: устойчивость нашего мира обеспечивается динамическим равновесием между газообразным, жидким и твердым состоянием вещества в окружающей среде, и оно в большой степени зависит от тепловых явлений антропогенного происхождения.

В природе постоянно происходят переходы вещества из одного состояния в другое в форме многочисленных круговоротов — важной части биосферных процессов. Наиболее часто такие превращения происходят с водой. Вы можете возразить: а как же превращения происходят с водой. Вы можете возразить: а как же вулканы, когда из жерла вытекают расплавленные горные породы, отвердевающие на поверхности? Это так. Но мы обсуждаем устойчивые явления в окружающей среде, а извержения вулканов — явления сравнительно редкие, катастрофические и происходят только в определенных местах планеты. Вода же испаряется и конденсируется везде.

Не будем обсуждать, как и отчего происходят процессы испарения, конденсации, кристаллизации.

Этому достаточно внимания уделено в учебнике физики.

Наша задача – разобраться, как эти процессы идут в окружающей среде, как на них может повлиять человеческая деятельность.

Превращения воды в природе происходят в формекруговорота.До появления растений и животных круговорот воды осуществлялся при переносе воды с поверхности океана на сушу и обратно (часть большого, или геологического, круговорота). Этот круговорот играет важную роль в формировании климата и ландшафтов. В него вовлечены различные физические процессы: передача тепла, испарение, конвекция, конденсация, кристаллизация, таяние-плавление, разрушение горных пород, образование осадочных пород.

Часть воды, испаренной с поверхности океана, выпадает в виде дождя и довольно быстро возвращается обратно, часть уносится ветром в области горных массивов, охлаждается на большой высоте, кристаллизуется и выпадает в виде снега (рис. 4). С течением времени снег под давлением верхних слоев уплотняется, превращается в лед. Так образуются ледники в высокогорных районах. Летом в солнечную погоду лед тает. Образуются ручьи, дающие начало горным рекам

В среднем в год с поверхности всех_водоёмов_испаряется около 0,5 млн. 1км³. В некоторых случаях количество испаренной воды и скорость испарения столь велики, что не восполняются поверхностными стоками. Это явление характерно, например, для Средиземного моря, поэтому течение в Гибралтаре направлено всегда из Атлантики в Средиземное море.

Существующий круговорот происходит с участием живых существ и человеческого общества. Вода, испаренная с поверхности водоемов, почвой, растениями, животными, конденсируется, образуя облака, и выпадает в виде осадков. Часть ее попадает в водоемы непосредственно, часть питает подземные воды, часть потребляется животными и растениями и возвращается в Мировой океан уже как продукт жизнедеятельности. Большая часть поверхностных и подземных вод забирается для производственных и бытовых целей.

Кроме этих сложных циклов, существует более простой цикл агрегатных превращений воды в природе. Зимой многие реки Северного полушария покрываются льдом. Весной лед тает, превращаясь в воду. И так тысячи лет.

Лед обладает уникальными свойствами. Его плотность меньше плотности воды, и поэтому он плавает на поверхности. Его низкая .теплопроводность уменьшает отвод тепла от воды в атмосферу? Благодаря этому даже не очень глубокие водоёмы не промерзают до дна в сильные морозы. Все это создает в реках и озерах устойчивые условия существования для множества животных и растений независимо от сезонных изменений температуры.

Человеческая деятельность: вырубка лесов, создание водохранилищ, забор воды для орошения, потребление воды для промышленных и бытовых целей — привела к изменению природного круговорота воды.

Использование агрегатных превращений.Изменения агрегатных состояний вещества используются во многих технологических процессах. Они происходят тогда, когда вы замораживаете воду в холодильнике, зажигаете свечу, растапливаете сливочное масло на сковороде, кипятите воду, сушите белье.

В процессе изготовления всех без исключения металлических предметов металл сначала нагревают, потом плавят, отливают в форму, затем охлаждают до твердого кристаллического состояния. Из таких заготовок получают изделия с использованием резания, ковки, прессования, проката, литья в зависимости от технологии производства. В металлургии очень ответственным процессом является не только плавка металла, но и его отливка и режим кристаллизации. От этого зависит качество изделия: отсутствие раковин и пор, однородность физических свойств.

Переходы из жидкого в твердое состояние используются не только в металлургии. Для изготовления стеклянных изделий исходный материал сначала плавят, потом охлаждают либо в литейных формах, либо в процессе различных технологических операций. Чтобы получить оконное стекло, разогретый материал прокатывают в лист при определенной температуре. При изготовлении бокалов, баллонов электрических лампочек, бутылок расплав выдувают, придавая ему определенную форму, и медленно охлаждают.

Процесс охлаждения и затвердевания для стекла еще более ответственный, чем для металла. Например, при изготовлении больших линз для телескопов, диаметром до 6 м, охлаждение отливки может длиться больше года. При неравномерном и быстром охлаждении в стекле возникают механические напряжения, которые могут привести к саморазрушению изделия.

Агрегатные превращения в технологических процессах происходят при затратах энергии и природных ресурсов.

Известно, что мировой экологический кризис связан с гигантским использованием природных ресурсов, их истощением и загрязнением биосферы. Только одной стали в мире выплавляется ежегодно около 500 млн. т. Для этого сжигается колоссальное количество угля и газа.

Задача.Попробуете подсчитать примерно необходимое для этого количество теплоты и топлива, например, газа.

А чтобы изготовить оконное стекло, смесь песка с разными добавками сначала плавят при температуре 1500^οС в газовых печах, потом прокатывают в листы до нужной толщины. Зная величину населения Земли и необходимого для него жилья, легко представить себе, какое огромное количество топлива и энергии необходимо для производства оконных стекол.

Население мира приблизилось к 6 млрд. Каждому человеку нужно множество вещей, в том числе изготовленных из стекла и металла. Поэтому стоит подумать над тем, как уменьшить затраты топлива и энергии для их производства. Вариантов наверняка много. Можно уменьшить температуру плавления какими-нибудь добавками, сократить потери тепла при плавке, ускорить процесс нагрева. Такие нововведения позволят экономить ресурсы и уменьшить загрязнение воздуха.

Свойства литых изделий сильно зависят от того, как и в каких условиях проходит процесс затвердевания. Для получения однородной структуры металлической отливки используют различные способы охлаждения: воздушным потоком, жидким воздухом, водой. При изготовлении листового металла требуется огромное количество воды: для получения 1т проката стального листа расходуется 300т, для 1т проката цветных металлов 500т. Горячая вода после технологических операций, как правило, сбрасывается в реки. В последние годы стало применяться оборотное водопользование, при этом загрязненная вода не сливается в реки, но тепло и в этом случае отводится либо в воздух, либо в технологические водоемы.

Устойчивость природных явлений основана на циклических процессах, включающих превращения вещества из одного состояния в другое.

Вопросы для обсуждения и задачи

1. С каким превращением и какого вещества больше связано даже незначительное повышение температуры воздуха?

2.С каким изменением в окружающей среде связано это явление?

3.Один из экологических прогнозов предсказывает повышение среднегодовой температуры атмосферы к 2030 г. на 4 °С, а в приполярных областях даже на 8 °С из-за загрязнения атмосферы «парниковыми» газами. Как это может повлиять на состояние льдов Антарктиды и Мирового океана? Попробуйте сделать расчет.

4. За год в мире выплавляется 500 млн. т стали. Сколько угля сжигается для этого? Сколько углекислого газа выделяется при этом в атмосферу?

Проект

1. Вблизи Феодосии в Крыму до 1912 года действовала несложная установка для получения влаги из воздуха. Она состояла из нескольких куч камней (объём каждой из них составлял около 290 м³), расположенных на водоупорном скальном основании. Возникавшая в каменных кучах за счёт капиллярной конденсации вода отводилась по гончарным трубам в Феодосию, где питала небольшие фонтаны. Установка давала до 350 литров питьевой воды в сутки. Остатки устройств и приспособлений для получения влаги из воздуха найдены также в Сахаре, в горных районах Италии, в Тувинской республике, в Каракумах и на восточном побережье Каспия.

Задание. Предложите устройства для получения влаги в засушливых районах.

Ответ. Можно использовать солнечные конденсаторы, утреннюю росу и др.

Блок 6. Тепловые двигатели и окружающая среда.

В учебнике физики тепловым двигателям уделено специальное внимание. Связано это с той важной ролью, которую эти устройства играют в развитии современного общества. Тепловые двигатели устанавливаются на грузовых и легковых автомобилях, на автобусах, тракторах, тепловозах, на всевозможных судах (от прогулочного катера до авианосца и подводной лодки), на самолетах, ракетах, дирижаблях, на передвижных электростанциях. Они используются при бурении скважин, на ракетных комплексах, при лесозаготовке, при перекачке нефти и газа по трансконтинентальным трубопроводам. Короче говоря, они используются везде, где нужны автономные и подвижные источники энергии.

Производство тепловых двигателей постоянно растет в связи с быстрым увеличением населения Земли. Растет потребление ресурсов для их изготовления и работы, растет количество выбросов в окружающую среду. Описывая воздействие автомобилей на окружающую среду, часто упускают еще один важный фактор — пространство, которое они занимают для движения и стоянки.

Первый автомобиль появился в 1885 г., в 1900 г. их было 6200, в 1972 г.— более 250 млн., к началу 2000 г. их будет около 700 млн.

Каждый год строятся все новые и новые автомагистрали. Они становятся все шире и длиннее. Все больше плодородных земель занимается для транспортных целей. Кроме автодорог, строятся многочисленные гаражи и стоянки, автозаправочные станции и ремонтные мастерские, новые железные дороги, аэродромы, порты. Для разведки и добычи нефти буровые вышки все глубже проникают в девственные уголки природы, в тундру, в морскиеглубины. Область нетронутой природы уменьшается.

Как вы знаете, существует несколько типов тепловых двигателей: двигатели внутреннего сгорания, паровые, газотурбинные, паротурбинные, реактивные. Есть еще несколько разновидностей, использование которых ограничено. Это двигатели внешнего сгорания (Стирлинга), роторные, комбинированные.

Все тепловые двигатели для своей работы потребляют топливо, основой которого является нефть и природный газ. И то и другое относится к истощимым природным ресурсам. Промышленных запасов нефти, по оценке специалистов, хватит на 35—50 лет, газа — лет на 70—100.

Из сказанного следует, что у тепловых двигателей нет далекой перспективы. Но это не совсем так. Время определено исходя из потребления топлива существующими тепловыми машинами и энергетикой и из того, что используется ископаемое топливо.

Создание более экономичных двигателей с минимальнымзагрязнением окружающей среды давно привлекает внимание ученых и инженеров. Исследования идут по трем основным направлениям: совершенствование конструкции двигателя, улучшение процесса сгорания и поиски нового топлива. Подумаем вместе, как все это можно сделать.

Низкий КПД двигателей обусловлен конструкцией современных двигателей, происходящими в них физическими процессами, а также тем, что лишь небольшая часть внутренней энергии сгоревшего топлива преобразуется в полезную работу, т. е. в механическую энергию.

Чтобы понять, почему КПД тепловых двигателей небольшой (20 — 40 %), откроем учебник физики и посмотрим еще раз, как работает двигатель внутреннего сгорания и почему большая часть топлива сгорает впустую, загрязняя атмосферу теплом и газами.

Самый главный момент в работе — это вспышка в цилиндре. От ее температуры зависит давление продуктов сгорания на поршень. Двигатель сделан из стали, которая имеет хорошую теплопроводность, и, значит, часть тепла сгоревшей смеси уходит в атмосферу через стенки и крышку цилиндра. Из-за этого давление в цилиндре оказывается меньше, чем расчетное. Что можно предложить, чтобы уменьшить эти потери? Вероятно, использовать материал с меньшей теплопроводностью.

Температура горящей смеси оказывается меньше расчетной еще и потому, что бензин сгорает не полностью и часть его выбрасывается в воздух. Для улучшения процесса горениявыбирают наилучшую форму камеры сгорания и качество ее поверхности, ставят турбокомпрессоры для дополнительной подачи воздуха. Широко стал применяться метод впрыска топлива в цилиндр под большим давлением (инжекция). В такой струе жидкое топливо распыляется, хорошо смешивается с воздухом и полнее сгорает.

Преобразование внутренней энергии сгоревшего топливав механическую энергию в двигателях внутреннего сгорания происходит при возвратно-поступательном движении поршня и шатуна. Такие двигатели довольно сложны по конструкции, массивны и шумны.

Конструкторы и ученые давно работают над устранениемвозвратно-поступательного движения. Наиболее удачной конструкцией оказался двигатель немецкого конструктора Ванкеля. В нем поршень сделан в виде треугольного ротора, вращающегося в овальной камере. Масса и размеры такого двигателя в 2 — 3 раза меньше, чем у обычного такой же мощности. Он более экономичен и меньше шумит.

Рис. 5. Схема двигателя внутреннего сгорания:

1 — камера сгорания; 2— поршень; 3— кривошипно-шатунный меха­низм;

4— радиатор в системе охлаждения; 5 — вентилятор; 6— система

выпуска газов.

В самом двигателе и в любой машине много движущихся частей. При их движении возникают силы трения, на преодоление которых приходится тратить еще некоторую часть энергии горящего топлива. От трения поршня о стенки цилиндра металл нагревается, и его прочность становится меньше. Двигатель приходится охлаждать жидкостью, а жидкость охлаждать воздухом. Чтобы прокачивать охлаждающую жидкость и гнать воздух на радиатор, используются насос и вентилятор, на работу которых также тратится энергия топлива (рис.5).

Возникает парадокс. С одной стороны, нам выгодна высокая температура в камере сгорания, так как это повышает КПД. С другой стороны, высокая температура приводит к быстрому разрушению деталей двигателя и его приходится охлаждать, а это снижает КПД. Несколько лет назад в качестве эксперимента начали изготавливать цилиндры и поршни из керамики, что полностью исключает необходимость охлаждения.

При работе двигателя создается сильный шум и вибрации, потребляющие еще часть энергии горючего. Существуют и другие потери, но мы их обсуждать не будем, так как нас сейчас больше интересуют тепловые явления.

Тепловые двигатели можно назвать двигателями прогресса. Без них немыслимо развитие современной цивилизации. Но в то же время быстрое увеличение числа различных машин с тепловыми двигателями привело к резкому истощению многих полезных ископаемых, особенно нефти, и к сильному загрязнению окружающей среды продуктами сгорания, теплом, шумом, изношенной резиной.

Автомобили являются основными загрязнителями воздуха в больших городах. В продуктах сгорания содержится до 40 различных химических соединений. Основную часть составляют углекислый СО₂и угарный СО газы, оксиды азота N0 различныеуглеводороды, ядовитые соединения свинца там, где используется этилированный бензин.

Влияние углекислого газа на усиление «парникового эффекта» и изменение потоков тепла в атмосфере мы уже обсуждали. Загрязнение воздуха оксидами азота и серы приводит к выпадению кислотных дождей и, как установлено исследованиями атмосферыпоследних лет, способствует разрушению озоносферы и прохождению опасного ультрафиолетового излучения Солнца к поверхности Земли.

Чем меньше сгорает топлива в двигателе, тем меньше отработанных газов. В настоящее время легковые автомобили сжигают около 10 л бензина, грузовые — около 30л на 100 км пути. Предполагается, что к 2000 г. средний расход топлива легковых машин будет доведен до 5л на 100 км. Одно из перспективных направлений — поиск заменителей бензина и дизельного топлива. В некоторых странах широко применяется смесь бензина со спиртом или чистый спирт. Давно ведутся исследования по использованию водородного топлива. Теплотворная способность водорода в 2 раза больше, чем бензина. Водородные двигателипривлекательны высоким КПД за счет очень полного сгорания топливной смеси и тем, что продуктом сгорания оказывается водяной пар. Проблема состоит в том, как с малыми затратами энергии получить водород и с полной безопасностью хранить его в машине.

Еще одна характерная черта практически всех тепловых двигателей — шум и вибрации. Больше всего шума, как это ни странно, издают колеса. Мы связываем шум с двигателем потому, что обращаем внимание на него чаще в городе, где машины частодвижутся ускоренно. Постойте некоторое время рядом с загородной трассой, по которой поток автомобилей несется с большой скоростью. Работу двигателей почти не слышно, но давит на уши рев резины. Этот шум — настоящая головная боль для жителей деревень, расположенных вдоль автомагистралей. Шум двигателей — это, как правило, неприятность в городах. За городом больше всего раздражает шум колес.

Интересный факт. В некоторых странах принято законодательство, согласно которому при превышении определенного уровня шума в окна устанавливается третье стекло. Это снижает уровень шума на 40 %. В сельских поселках некоторых стран, расположенных вдоль автомагистралей с интенсивным движением, дома отгораживаются от дороги высокой стеной из толстого стекла, снижающей уровень шума в 2 раза. С 1996 г. такие шумозащитные заграждения стали устанавливать в некоторых местах на Московской кольцевой автодороге.

Вы знаете, что эффективность работы двигателей оценивается КПД. Для двигателя любой конструкции КПД всегда меньше 100 %. Это означает, что невозможно внутреннюю энергию топлива и образующееся при его сгорании количество теплоты полностью, без потерь превратить в энергию механического движения. Например, для двигателя мощностью в 100 л. с. и расходом бензина 8 л на 100 км эти потери составляют 80 % (рис. 6).

80%

100 л.с. – 100 %

Рис. 6. Распределение энергии топлива при движении автомобиля.

Из рисунка видно, что энергия сгоревшего топлива разделяется на две основные части. Большая часть (80 %) — это бесполезные потери энергии. Меньшая (20 %) — полезно затраченная энергия. Она расходуется на работу водяного насоса, генератора, вентилятора, освещение — 3 %, на передачу вращения от двигателя к колесам — 4 %, на преодоление сопротивления воздуха — 4 % и на работу силы трения колес о дорогу, благодаря которой и происходит движение автомобиля — 9 %.

Для нашего двигателя КПД равен всего лишь 20 %. Значит, 6,4 л из 8 л сгорели только для того, чтобы загрязнить атмосферу теплом и газами. Иногда эту потерю определяют коэффициентом бесполезного действия.

Учитывая число различного типа автомобилей в мире, можно подсчитать, сколько горючего они сжигают за день и какое количество газов выбрасывается при этом в атмосферу.

Важно заметить, что полезно или бесполезно сгоревшее топливо в любом случае загрязняет окружающую среду. Поэтому так остро стоит задача повышения экономичности двигателей.

Использование тепловых двигателей дает человеку огромные возможности и в то же время оно оказалось наиболее сильным фактором в разрушении природы.

Вопросы для обсуждения и задачи

Может ли КПД паровой машины быть равным, больше или меньше КПД двигателя внутреннего сгорания?

По данным статистики, известно, что среднее время эксплуатации грузового автомобиля равно примерно 1 ч в день. Подсчитайте, сколько горючего сжигают грузовики в вашем городе или поселке за день, за год, если считать, что средний расход топлива — 30 л на 100 км при хорошо отрегулированном двигателе. При плохой регулировке расход возрастает до 50 л.

Считается, что дымящий двигатель наносит больший вред окружающей среде, чем не дымящий. Так ли это, если расход топлива одинаковый?

Можно ли заменить бензин и дизельное топливо в двигателях внутреннего сгорания каким-либо другим топливом?

Доклад – «История изобретения паровых двигателей».

Проект – «Как создать бесшумный двигатель?»

Блок 7. Энергетика и теплоснабжение.

Мы достаточно внимания уделили физике тепловых явлений, их техническому использованию, влиянию антропогенного тепла на природные процессы.

Есть еще одна отрасль энергетики, где главной целью является получение тепла. Это — теплоснабжение.

Тепло — одно из необходимых условий благоустроенной жизни. Около 30% всех получаемых энергоресурсов (нефть, газ, уголь, электроэнергия) расходуется на теплоснабжение жилья, промышленности, сельского хозяйства. Количество энергии, потребляемой на эти нужды, увеличивается с каждым годом в связи с быстрым ростом населения.

Теплоснабжение дома. В недавнем прошлом мы не очень задумывались над этой проблемой. Она нас волновала лишь в тех случаях, когда прекращалась подача горячей воды и вдруг остывали радиаторы. Но ископаемые ресурсы истощаются, а плата за тепло, газ постоянно растет.

Прежде чем попасть в наш дом, тепло должно пройти длинную цепочку событий. Эта цепочка состоит из многих звеньев: добыча топлива, его погрузка и транспортировка на перерабатывающий завод, переработка или подготовка топлива для использования (в частности, очистка от вредных примесей, например от серы), транспортировка к потребителю (котельной или ТЭЦ), сжигание топлива для нагрева воды в котельной, удаление отходов сгорания, подача горячей воды в жилые дома или на предприятия, возврат воды в котельную.

В этой цепочке участвует множество физических явлений. Обсудим лишь те, которые связаны с тепловыми процессами. Для добычи газа или нефти необходимо пробурить скважины, построить шахты или карьеры для добычи угля. Все это делается различными машинами, использующими, как правило, электрическую энергию. При протекании тока по проводам значительная часть энергии расходуется на бесполезное нагревание проводов.

В котельных агрегатах топливо сжигают для нагрева воды. Часть энергии уходит в атмосферу с горячими газами, часть — через стенки топок и котлов. Часть уходит с золой, если котельная работает на угле. Горячая вода от котельной подается в дома по трубам. Потери тепла из труб вы сами могли наблюдать зимой. Линии теплотрасс хорошо видны, над ними, как правило, нет снега. Он тает, так как качество тепловой изоляции не всегда хорошее. Вот и уходит энергия топлива в грунт и воздух.

Такие потери возникают, как мы видим, на всем длинном пути от шахты или скважины до радиатора в вашей квартире. Поэтому и счита­ется, что эффективность использова­ния природных ресурсов в итоге равна всего 2—3 %.

Предположим, что тепло уже дошло до вашего дома, и подумаем, эффективно ли оно используется для обогревания вашей комнаты. Горячая вода нагревает радиаторы и воздух в помещении. Сохраняется это тепло внутри дома или нет? Уверен, что вы ответите «нет». Тепло уходит наружу через стены, окна, щели в дверях и окнах (рис. 7).

Рис. 7. Потери тепла из дома: крыша и стены — теплопроводность и конвекция, пол — теплопроводность, окна — излучение тепла и теплопроводность, двери — сквозняки и теплопроводность

Тепловые потери можно вычислить, пользуясь простой формулой

Q=ρS(t_в-t_н)

где р — коэффициент тепловых потерь, Дж/ (м² • °С) (его значения приведены ниже); S — площадь поверхности, через которую происходит передача тепла, м²;t_в - температура внутри здания и t_н— температура снаружи, °С.

Потери тепла из строения (коэффициент тепловых потерь, р)

Шиферная крыша на рубероиде 2,0

Шиферная крыша на рубероиде с изоляцией (пенопласт

или стекловата) 0,4

Кирпичная стена с воздушными пустотами 1,5

Кирпичная стена с изоляцией в пустотах 0,5

Окна с одним стеклом 5,6

Окна с двойным стеклом 3,0

Чтобы уменьшить эти потери, используются материалы с малой теплопроводностью: древесина, пористый кирпич, стекловолокно в бетонных панелях, гипсолитовые плиты. Окна некоторых зданий покрывают специальной пленкой, уменьшающей потери тепла на излучение. В последнее время изготовляют оконные блоки, в которых между стеклами воздух заменяют газами с малой теплопроводностью.

Горячая вода нужна не только для отопления. Мы ею пользуемся на кухне, в ванной, для стирки белья. Очень много ее используется и на производстве. С этой водой существует две проблемы: первая — очень низкий КПД процесса нагрева — всего 20 %, а иногда и меньше; вторая — сброс отработанной теплой воды в канализацию, а из нее в водоемы.

К чему приводит тепловое загрязнение рек, мы уже обсуждали. До недавнего времени об этих потерях почти не думали и не придавали им серьезного значения, так как топливо было дешевым и его было много, не беспокоились и об экологических последствиях таких явлений.

Энергоснабжение дома будущего. Физики и техники многих стран мира работают над очень интересной и важной задачей — созданием системы независимого обеспечения жилища энергией. Представьте себе, что исчезнут многочисленные провода и трубы, связывающие наши дома с котельными, электростанциями и газоперерабатывающими заводами. Первая часть этой задачи уже решена. Разработаны и созданы разные системы такого энергоснабжения. В их основе использование неисчерпаемых источников: солнечной энергии, энергии ветра и земного тепла, энергии биогаза. Биогаз образуется при разложении анаэробными бактериями (без доступа кислорода) канализационных отходов, отходов сельского хозяйства, навоза, бытового мусора. Он состоит на 60 % из метана и 40 % углекислого газа. В некоторых странах уже работают электростанции на биогазе городских свалок.

Вторая часть этой задачи — практическое использование таких систем — более сложная. Она зависит от многих условий: понимания необходимости введения таких технологий (т.е. от экологической грамотности населения), природных условий, финансовых возможностей, способности промышленности обеспечить такие технологии и т. п.

Преобразование солнечной энергии в тепло. Этот способ известен с тех пор, как человек стал строить жилища, использовать собирающие зеркала и линзы. По древней легенде, Архимед сжег вражеский флот, направив на корабли противника свет, отраженный от сотен зеркал. Более близкий нам пример — теплица, изобретенная около 200 лет назад во Франции. Теплицы до сих пор широко используются для промышленного и индивидуального производства различных сельскохозяйственных культур.

Принцип действия теплицы описан в учебнике физики. К этому можно добавить, что рабочая температура теплицы должна быть равна 25 °С независимо от сезона и погоды. В летний солнечный день температура может подняться до 50 °С и необходимо принимать меры для ее снижения, чтобы не погибли растения.

Существует много проектов по обогреву помещений энергией солнечного света. Довольно широко в некоторых странах применяются солнечные водонагревательные коллекторы (рис. 12). В простом коллекторе, состоящем лишь из зачерненных труб, вода нагревается до 65 °С, что вполне достаточно для отопления и хозяйственных нужд. Для получения более высоких температур (80—200 °С) необходимо использовать двойное остекление и откачать воздух из пространства между стеклами, что намного снижает отвод тепла наружу.

Рис. 8. Солнечный Рис.9. Устройство простого

водонагревательный опреснителя.

коллектор.

Этот метод в настоящее время считается наиболее эффективным для преобразования солнечной энергии в тепло.

Солнечное тепло используется для очистки грязной воды, опреснения морской воды, получения воды даже из воздуха пустыни. Простое устройство для опреснения или очистки воды вы сможете сделать сами. Для этого нужна картонная коробка, кусок стекла размером с печатный лист, две ванночки для фотографических работ. Принцип такого прибора хорошо виден на рисунке 8.

Пары воды, нагретые солнцем, поднимаются вверх и конденсируются на стекле, температура которого меньше температуры паров. Благодаря наклону стекла чистая вода стекает в ванночку. В сосуде внутри коробки остается грязная или соленая вода. Для того чтобы испарение проходило интенсивно, можно повысить температуру воды, если на дно ванночки насыпать темный песок. Этот способ широко используется для получения пресной воды жителями прибрежных районов Персидского залива и Красного моря, очень бедных природной пресной водой.

Человечество только еще начало осознавать, что существуют «океаны энергии», использование которых не нанесет вреда жизни на Земле.

Можно ли полностью исключить потери тепла из теплотрасс?

Почему в системе солнечного водонагревательного коллектора (см.рис. 8) нет необходимости в насосе для циркуляции воды?

Практические работы

1. «Получение пресной воды» - для первой группы.

2. «Получение чистой воды» - для второй группы.

Оборудование: электрическая плитка, колба с солёной водой, колба с «грязной» водой(в воде растворили акварельную краску), две металлические пластины или два стекла, стаканы для

сбора чистой воды, штативы.

Задача

1. Для постройки небольших хижин эскимосы Северной Америки заготавливают около 60 снежных кирпичей размером 60*60*20 см³. При кладке кирпичи скрепляются водой. Вход в хижину ориентируется под угол 90 градусов к направлению господствующих ветров. При горении жировых светильников температура в хижине поддерживается около 2 градусов. Если же в хижине развести очаг и стены покрыть шкурами животных или тентом, температура в ней на высоте 1,5 м над полом может подняться до 25 градусов.

Вопрос. Что происходит с водой и кирпичами при кладке? Почему при покрытии стен шкурами температура в хижине повышается? Рассчитайте массу одного снежного кирпича. Сколько дров нужно сжечь, чтобы полностью растопить снежные кирпичи, из которых сделана хижина?

Ответ. Вода между кирпичами замерзает и становится монолитом. После того как хижину накроют шкурами, температура в ней повысится из-за внутреннего источника тепла, а шкуры будут теплоизоляторами, препятствующими теплообмену с окружающей средой. Масса одного кирпича равна 64,8 кг. Для того чтобы растопить один кирпич, необходимо 22 МДж энергии (без учёта потерь, при условии, что начальная температура кирпича равна 0^○С) – для этого потребуется 2,2 кг дров. Для 60 кирпичей необходимы 132 кг дров.

Заключительное занятие. Семинар «Биосферу должен спасти Человек».

Цель: обобщить рассмотренные вопросы, используя презентации, проекты и информацию, найденную учащимися.

Все занятия прослеживалась связь научно-технического прогресса и связанных с ним экологических проблем. Перед конференцией обратить внимание учащихся на стихи Николая Заболоцкого:

…Когда огромный мир противоречий

Насытится бесплодною игрой, -

Как бы прообраз боли человечьей

Из бездны вод встаёт передо мной.

И в этот час печальная природа

Лежит вокруг, вздыхая тяжело,

И не мила ей дикая свобода,

Где от добра неотделимо зло.

И снится ей блестящий вал турбины,

И мерный звук разумного труда,

И пенье труб, и зарево плотины,

И налитые током провода.

Проекты, предлагаемые учащимся для защиты:

Самый тёплый дом.

Транспорт будущего.

Использование солнечной энергии.

Как спасти реки от загрязнений? И т.д.

Литература

Рыженков А.П. Физика. Человек. Окружающая среда. - М.: Просвещение, 2000 г.

Курочкина Г.Л. Физика / Тесты 8 класс. - М.: Издат-школаXXI век, 2003 г.

Марон А.Е., Марон Е.А. Физика / Дидактические материалы 8 класс. - М.: Дрофа, 2002 г.

Семке А.И. Нестандартные задачи по физике. - Ярославль: Академия развития, 2007 г.

Попова В.А. Сборник программ элективных курсов для 8-9 классов. - Волгоград: Учитель, 2007 г.

Перельман Я.И. Занимательная физика. - М.: Наука, 1991 г.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/5066-jelektivnyj-kurs-teplovye-javlenija8-klass