Tài liệu Vận dụng kiến thức liên môn giải quyết tình huống (vật lý 8) sử dụng năng lượng tự nhiên và năng lượng tái tạo để tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.

Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẬN TÂY HỒ TRƯỜNG THCS PHÚ THƯỢNG BÀI DỰ THI VËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn Tháng 10/2014 Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn CUỘC THI VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN - Sở Giáo dục và Đào tạo thành phố Hà Nội - Phòng Giáo dục và Đào tạo quận Tây Hồ - Trường: THCS Phú Thượng - Địa chỉ: phố Phú Gia, phường Phú Thượng - Điện thoại: 0438368847 - Email: [email protected] - Thông tin về thí sinh: 1. Họ và tên: Hồ Chí Công Ngày sinh: 13/05/2001 Lớp: 8D 2. Họ và tên: Trần Thị Mai Hương Ngày sinh: 31/08/2001 Lớp:8D Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn Tên tình huống: SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TỰ NHIÊN VÀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ĐỂ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ THÂN THIỆN VỚI MÔI TRƯỜNG. I. Mục tiêu giải quyết tình huống: Tìm hiểu cách sử dụng điện hợp lí và các cách sử dụng các nguồn năng lượng khác để tiết kiệm được năng lượng và thân thiện với môi trường. II. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến việc giải quyết tình huống: 1. Phương pháp tham khảo ý kiến của người có chuyên môn. 2. Phương pháp kết hợp các kiến thức trong các môn học: Ngữ văn, Vật lý, Giáo dục công dân, Hóa học,… 3. Phương pháp tìm hiểu thực tế. III. Giải pháp giải quyết tình huống: - Thành lập nhóm để nghiên cứu. - Tiến hành nghiên cứu thực tế. IV. Thuyết minh tiến trình giải quyết tình huống: Trong đời sống hiện nay của chúng ta, điện có vai trò hết sức quan trọng, chi phối và quyết định đến đời sống, kinh tế, chính trị của đất nước. Hiện nay nhu cầu sử dụng điện rất lớn phục vụ cho mọi lĩnh vực cũng như đời sống sinh hoạt của nhân dân. Do nhu cầu sử dụng nguồn điện năng nhiều như vậy, lượng điện sản xuất ra cũng chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ và chúng ta phải chi trả một khoản tiền điện không nhỏ. Điện quan trọng như vậy trong khi xung quanh chúng ta vẫn còn rất nhiều nguồn năng lượng tự nhiên khác có thể vận dụng để thay thế và có thể tạo ra nguồn điện mà ta chưa khám phá được. Việc vận dụng nguồn năng lượng tự nhiên này một phần nào đó tiết kiệm được nguồn điện, tiết kiệm được về kinh tế, lại còn thân thiện với môi trường sống quanh ta. 1. Tiến hành các nghiên cứu về mặt lý thuyết: 1.1 Điện năng là gì? Năng lượng điện được ứng dụng trong đời sống như thế nào? Điện năng là năng lượng cung cấp bởi dòng điện. Nó là công cơ học thực hiện bởi điện trường lên các điện tích di chuyển trong nó. Năng lượng sinh ra bởi dòng điện trong một đơn vị đo thời gian là công suất điện. đơn vị đo là Kw/h Khi dòng điện đi qua một điện trở, điện trở có thể bị nóng lên và tỏa nhiệt ra môi trường (như trong bếp điện). Các máy biến năng có thể chuyển hóa điện năng cung Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn cấp bởi dòng điện ra thành nhiều dạng năng lượng khác như: nhiệt năng (bếp điện) quang năng (bóng điện), động năng (động cơ điện)…Năng lượng điện là một mặt hàng thiết yếu phục vụ cho nền công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Điện năng được phân phối đến các hộ gia đình và các nhà máy, xí nghiệp, cơ quan, cơ sở sản xuất. Giá bán điện có thể thay đổi theo địa điểm, khu vực, mục đích sử dụng và lượng điện tiêu thụ! Năng lượng điện được sử dụng vào nhiều công việc trong đời sống, sinh hoạt, lao động của con người. Từ việc nhỏ nhất đến việc lớn năng lượng điện đều được sử dụng đến. 1.2 Tiết kiệm năng lượng là gì? Tiết kiệm năng lượng điện là việc sử dụng điện một cách tiết kiệm và hiệu quả đúng lúc, đúng nơi, đúng chỗ. Ví dụ: Đèn: chỉ bật đèn tại những vị trí sinh hoạt cần thiết, sử dụng bóng tiết kiệm điện số lượng vừa đủ, khi không còn nhu cầu sử dụng thì tắt ngay. 1.3 Năng lượng tái tạo và năng lượng tự nhiên là gì? Năng lượng tái tạo là năng lượng được lấy từ các nguồn tài nguyên được bổ sung liên tục và không thể bị cạn kiệt, chẳng hạn như năng lượng mặt trời, thủy điện, gió, địa nhiệt, đại dương và sinh học. Chúng là một nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm không khí, và môi trường, không đóng góp vào sự nóng lên của khí hậu toàn cầu, hiệu ứng nhà kính. Vì các nguồn năng lượng này là tự nhiên nên chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp. Tuy nhiên, một hạn chế chung cho tất cả các nguồn năng lượng tái tạo là rất khó khăn để sản xuất ra một sản lượng điện lớn, đồng thời là công nghệ mới nên chi phí đầu tư ban đầu là rất lớn. Nguồn năng lượng mặt trời: Là nguồn năng lượng phong phú, xanh, sạch, thân thiện với môi trường, nó có thể áp dụng ở bất cứ nơi nào miễn nơi đó có ánh sáng mặt trời. Chi phí thực hiện nguồn năng lượng này đang được giảm nhanh chóng và dự kiến sẽ tiếp tục giảm trong những năm tiếp theo do đó nó thực sự là một năng lượng tương lai đầy hứa hẹn cho cả khả năng phát triển kinh tế và môi trường bền vững. Tuy nhiên nó bị giới hạn là phụ thuộc vào thời tiết trong ngày và chỉ hoạt động vào ban ngày, để tạo được nguồn điện lớn cần phải có một khu vực rộng lớn để đặt các tấm pin mặt trời, các tấm pin này cũng rất dễ hư hỏng…và phải có dụng cụ lưu tích điện và bộ biến đổi điện từ điện một chiều thành điện xoay chiều . Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn Những tấm pin năng lượng mặt trời Các ngôi nhà sử dung năng lượng mặt trời Nguồn năng lượng gió: Là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường xung quanh, tua bin gió chiếm ít không gian hơn nên vùng đất xung quanh sẽ được sử dụng cho nhiều mục đích - ví dụ cho nông nghiệp. Nó là một nguồn tài nguyên tuyệt vời để tạo ra năng lượng tại các địa điểm từ xa như các vùng miền núi, nông thôn và hải đảo. Khi kết hợp với năng lượng mặt trời, nguồn năng lượng này sẽ tạo được một lượng điện ổn định và đáng tin cậy. Tuy nhiên, yếu tố gió không đáng tin cậy, lượng điện sản xuất ra rất thấp, hoạt động của nó gây ra tiếng ồn, chi phí đầu tư lớn. Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn Cánh đồng cối xay gió Năng lượng thủy điện: là một nguồn năng lượng sạch, tạo được một nguồn điện rất lớn cho nhu cầu an ninh năng lượng, góp phần phòng chống lũ cho vùng hạ lưu, thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội. vùng núi, vùng dân tộc thiểu số. Công trình thủy điện Tuy vậy, việc khai thác thủy điện sẽ làm mất rừng, mất diện tích đất canh tác, làm Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn thay đổi chế độ thủy văn, dòng chảy các lưu vực sông, mất nguồn nước ngọt cho sinh hoạt và sản xuất, ảnh hưởng đến hệ sinh thái trên sông, tình trạng tái định cư đối với những người dân buộc phải di dời nhường đất lại cho công trình … Năng lượng sinh học: Là một nguồn năng lượng được tạo ra từ các nguồn như gỗ, các sản phẩm nông nghiệp và rác thải động thực vật. Việc phát triển các loại cây trồng để tạo năng lượng sinh học có tác dụng làm giảm mức độ carbon dioxide và tạo ra lượng oxy đáng kể cho môi trường, giúp làm giảm sự nóng lên của trái đất. Quá trình tạo năng lượng sinh học từ chất thải sẽ loại bỏ đi các bãi chôn xử lý rác, giúp chúng ta tạo ra được nguồn năng lượng có ích từ những rác thải. Tuy nhiên chi phí xây dựng của công trình là rất cao, một số người không thích sử dụng khí sinh học được sản xuất từ chất thải, nhà máy khí sinh học tạo ra mùi khó chịu cho môi trường chung quanh…. Ví dụ: Sử dụng phân lợn làm khí Boigas để sử dụng vào việc đun nấu. Năng lượng đại dương (Ocean energy): Có hai dạng năng lượng, năng lượng nhiệt và năng lượng cơ học. Năng lượng cơ học được tạo ra từ thủy triều và sóng, năng lượng nhiệt hoạt động dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ giữa vùng nước lạnh sâu và vùng nước ấm trên mặt biển để chạy một động cơ sản xuất ra điện. Đây là một dạng năng lượng sạch và tiềm năng rất lớn, Tuy nhiên, chi phí hoạt động rất cao, và việc xây dựng ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển . 1.4 Một số giải pháp và hành động ứng dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo trong đời sống. Nhiệt năng có thể được sử dụng để sưởi nóng các tòa nhà một cách thụ động thông qua việc sử dụng một số vật liệu hoặc thiết kế kiến trúc, hoặc được sử dụng trực tiếp để đun nóng nước phục vụ cho sinh hoạt. Ở rất nhiều khu vực khác nhau trên thế giới thiết bị đun nước nóng dùng năng lượng mặt trời (thái dương năng) hiện đang được sử dụng khá phổ biến và là một sự lựa thay thế cho các thiết bị cung cấp nước nóng thông thường như dùng điện hoặc gas để đun. 1.5 Ý nghĩa của việc tiết kiệm điện: Tiết kiệm điện có thể cứu Trái Đất ra khỏi sự nóng lên của toàn cầu và hiệu ứng nhà kính. Mỗi người có ý thức tiết kiệm điện góp phần không nhỏ vào việc tiết kiệm ngân sách nhà nước nói chung và nguồn chi phí của gia đình nói riêng, góp phần vào việc củng cố xây dựng đất nước, ủng hộ các vùng sâu xa, những người dân, những đứa trẻ có thể có một nguồn sáng tốt để học tập và làm việc. Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn 2. Thuyết minh các nghiên cứu liên quan đến việc giải quyết tình huống: - Phương pháp hỏi những người có chuyên môn: Để có thể giải quyết những thắc mắc cần tháo gỡ liên quan trực tiếp đến vấn đề vận dụng kiến thức trong tình huống - Phương pháp kết hợp các kiến thức trong các môn học: Để hiểu được các kiến thức về điện năng và ý nghĩa của việc tiết kiệm điện. - Phương pháp tìm hiểu thực tế: Có thể trực tiếp làm thí nghiệm cách tạo ra năng lượng điện tự nhiên. 3.Tiến hành nghiên cứu liên quan cụ thể giải quyết tình huống: 3.1. Sử dụng năng lượng mặt trời để tiết kiệm điện: Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận của tự nhiên, nguồn này có thể thay thế giải quyết khá hiệu quả trong một số lĩnh vực của đời sống xã hội, tiết kiệm đáng kể được nguồn điện năng và kinh tế gia đình. Điển hình một số hệ thống như: - Thái dương năng (hệ thống đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời) thay thế cho các loại bình đun nước nóng bằng điện năng. Hệ thống thái dương năng dùng trong hộ gia đình loại 200 lít - Pin mặt trời (biến đổi từ nhiệt năng thành nguồn điện 1 chiều hoặc xoay chiều) dùng để thắp sáng hoặc chạy một số thiết bị với công suất nhỏ. Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn Giàn pin mặt trời công suất 1072W lắp cho hộ gia đình Hệ thống acquy lưu trữ và biến đổi nguồn điện Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn Hệ thống chiếu sáng được sử dụng bằng nguồn pin mặt trời Ưu điểm của pin mặt trời ở chỗ chi phí không quá cao, gọn nhẹ, không tốn quá nhiều diện tích, yêu cầu về đô sáng không lớn, chỉ cần có ánh sáng mặt trời dù cường độ ánh sáng nhỏ cũng đã đủ làm cho hệ thống pin hoạt động.Nguồn điện thu được từ các tấm pin sẽ được lưu trữ vào hệ thống các bình acquy và chuyển qua bộ chuyển đổi để đưa đến các thiết bị sử dụng điện Hệ thống này đặc biệt hữu ích ở các vùng hải đảo, vùng núi cao là những nơi mà việc kéo hệ thống điện lưới quốc gia đặc biệt khó khăn, tốn kém. Nguồn điện năng được tạo ra từ hệ thống pin mặt trời sẽ góp phần cải thiện đáng kể đời sống vật chất cũng như đời sống tinh thần cho nhân dân các vùng đó Pin mặt trời còn có thể được chế tạo dưới hình dạng cây, lắp đặt trên các đường phố, ở bất cứ vùng lãnh thổ nào miễn là có ánh sáng. Vừa làm cây tạo bóng mát, vừa làm nơi sạc điện thoại, sử dụng máy tính, nghe nhạc... và chiếu sáng vào buổi tối. Theo ước tính, mỗi cây năng lượng mặt trời với 7 tấm phản quang sẽ tạo ra khoảng 1,4 kilowat điện, lượng điện đủ để vận hành 35 chiếc laptop. Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn Cây pin mặt trời ( có thể phát wi-fi) ở Israel Cây pin mặt trời với kết cấu lạ làm đẹp cảnh quan 3.2 Lợi ích từ việc sử dụng năng lượng mặt trời Sử dụng năng lượng mặt trời tiết kiệm được khá nhiều công suất tiêu thụ điện: VD1: Sử dụng bình đun nước nóng ARISTON loại 30 lít công suất tiêu thụ 2500W/h Trong khi sử dụng thái dương năng công suất tiêu thụ điện 0W/h. VD2: Một hộ gia đình sử dụng 10 bóng com pắc loại 15W tiêu thụ 150W/h. Trong khi sử dụng thắp sáng bằng nguồn pin mặt trời công suất tiêu thụ 0W/h. Khi có sự cố mất điện lưới hệ thống chiếu sáng vẫn được duy trì. Sử dụng năng lượng mặt trời còn giúp ta tiết kiệm được một lượng tiền đáng kể: VD3 Nếu sử dụng năng lượng mặt trời với hai loại thiết bị trên, một hộ gia đình một tháng sẽ tiết kiệm được với số tiền như sau: - Sử dụng bình đun nước nóng ARISTON loại 30 lít số tiền tiêu tốn là: 2,5KW x 1660đ x 24hx 30 ngày = 2.088.000 đồng - Sử dụng điện thắp sáng tối thiểu 10 bóng com pắc loại 15W số tiền tiêu tốn là: 0,15kW x 1660đ X 6h x30 ngày =448.200 đồng - Tổng số tiền tiết kiệm được trong một tháng chỉ với hai loại thiết bị trên là: 2.088.000 đồng + 448.200 đồng = 2.536.200đồng Bµi dù thi vËn dông kiÕn thøc liªn m«n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c t×nh huèng thùc tiÔn Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, nguồn năng lượng vô tận, không gây ô nhiễm môi trường, tiết kiệm được khá nhiều công suất tiêu thụ khi sử dụng nguồn điện năng. Sử dụng năng lượng mặt trời đem lại hiệu quả kinh tế cao, giảm đáng kể việc chi phí ngân sách cho các doanh nghiệp cũng như các hộ gia đình trong đời sống sinh hoạt hàng ngày. Sử dụng nguồn năng lượng mặt trời góp phần đáng kể vào việc duy trì môi trường trong sạch, tiết kiệm được khá nhiều ngân sách cho gia đình và toàn xã hội. Nguồn điện năng xanh và những lợi ích mà nó đem lại cho môi trường là vô giá. VI. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống: Các giải pháp thực hiện được một phần nào sẽ giúp thân thiện với môi trường, giảm tải được một phần nào đó năng lượng điện sử dụng. Vận dụng kiến thức liên môn như vậy sẽ rất có ích cho bản thân mỗi học sinh chúng em. Ai ai trong chúng ta cũng biết: Học phải đi đôi với hành; lí thuyết được học ở trường lớp là một phần rồi nhưng chúng ta còn cần phải biết vận dụng nó trong đời sống. Được vậy ta sẽ được phát triển một cách toàn diện. Qua đó có thể giúp ích cho bản thân mình, cho môi trường và cho toàn xã hội góp phần vào công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.