Неделя 1

Цель проекта: 

1. Ознакомление с альтернативными источниками энергии и рассмотрение путей их введения в действие. 
2. Создание устройства, получающего тепловую энергию от солнечной энергии.  
3. Изучение физических явлений.

Ожидаемые результаты

После изучения проекта обучающиеся смогут:

•  приобрести навыком сотрудничество с педагогом и работать в группе, в парах
•  анализировать и обобщать полученную информацию
•  будут сформированы ответственное отношение к учению
•  будут сформированы коммуникативная компетентность в процессе образовательной деятельности
•  рассмотреть пути введения в действие природных источников энергии 
•  знакомство со свойствами теплопроводности материалов
•  изучение явления конвекции

В данном проекте Вы изучите:

• Знание преимуществ и недостатков альтернативных источников энергии;
• Как преобразуется солнечная энергия в тепловую;
• Строение солнечного коллектора;
• Хода работы солнечного коллектора.

Предмет:

 Физика (получение тепловой энергии от солнечной энергии)

 Инженерия (изготовление конструкции макета коллектора, дизайн)

Художественный труд (снятие размеров, обрезка)

Руководство учителю

1. Для оценивания проекта, на первой неделе, предоставьте данный материал  (PBLrubrics) учащимся, для того чтобы:

— ученики предварительно понимали по каким критериям им необходимо подготовиться,

— ученики самостоятельно смогли дать соответствующую оценку своим коллегам.

2. В начале урока рекомендуется:

— для побуждения интереса к проекту, задать несколько «наводящих вопросов», таких как:

– Какие традиционные виды энергии существуют?

– Что относится к альтернативным видам энергии?

– Какими способами люди могут получить тепловую энергию в настоящее время?

– Каковы преимущества солнечной тепловой энергии?

– Каковы недостатки солнечной тепловой энергии?

Теоретическая часть

Поскольку солнце падает почти на всю поверхность Земли, мы можем использовать его, учитывая его преимущества. Введение в действие солнечной энергии привело к появлению науки о гелиоэнергетике. Он изучает устройства, которые занимаются преобразованием солнечной радиации в электрическую и тепловую энергию.

К таким устройствам относится солнечная батарея и солнечные коллекторы. 

На земле очень много полезных ископаемых. Но это не значит, что они совсем не истощены. В частности, сегодня запасы нефти и газа сокращаются с каждым годом. Поэтому необходимо использовать другие виды энергии (атомную, водную, ветровую, солнечную и т.д.), которые могут конкурировать с ней напрямую, используя энергию экономно. Рассматриваются пути преобразования солнечной энергии в источник тепловой энергии.

В целом, существует несколько способов получения электроэнергии и тепла от солнечного излучения. Они:

1) получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.

2) преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью тепловых машин (виды тепловых машин: поршневые или турбинные паровые машины, двигатель Стирлинга).

3) Гелиотермальная энергетика – распространение, применение тепла и тепла на поверхности, поглощающей солнечные лучи. 

4) термоядерные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого через турбогенератор).

5) солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата вследствие солнечного нагрева поверхности аэростата). 

А солнечные коллекторы имеют совершенно другой принцип работы. В технической терминологии климатическое оборудование, преобразующее энергию солнечного света непосредственно в тепло, называется солнечным коллектором. Устройство не вырабатывает электричество, как классическая солнечная батарея, а только собирает, концентрирует и передает тепло в систему отопления. В качестве носителя выступает вода, незамерзающая жидкость или воздух. Данная технология способствует повышению эффективности отопления домов в холодное время года и одновременно экономии затрат.

По конструктивным характеристикам и связанному с ними принципу работы солнечные коллекторы для отопления здания делятся на 3 основных типа – плоские, вакуумные и воздушные. Конструктивно устройство состоит из набора последовательно соединенных трубок в виде катушек, соединенных подающим и обратным стволом. Внутри них в качестве носителя циркулирует вода, антифриз или воздух.

Тепло обычно передается через носитель к радиаторам, и процесс нагрева начинается. Тем самым используется для отопления зданий, водяного отопления. Солнечные коллекторы можно использовать в любом месте, где используется тепло. Если в качестве носителя выступает вода, то сначала солнечная радиация, попавшая на пластину коллектора, работает, нагревая воду и транспортирует ее в дом. Солнечные коллекторы позволяют экономить до 30% расходов на горячее водоснабжение дома, до 60%-на отопление. И именно по этому принципу воздушный поток также служит для обогрева здания, перегреваясь солнечными лучами. 

Кроме того, использование солнечных коллекторов считается экономически выгодным из-за их очень простого расположения.

Источники:

1. Күн энергетикасы – Физика – (bilim-all.kz)
2. Солнечные батареи: альтернативная энергия (electric-220.ru)
3. Данияр Д.Д. 5В071200.pdf (satbayev.university)

Практическая часть 

В этом проекте мы делаем несколько экспериментальных работ. Они показывают нам, как происходит несколько физических процессов. Кроме того, разработаем модель коллектора, основанную на принципе функционирования солнечного коллектора. Процесс работы коллектора: через специальные отверстия с двух сторон внутрь поступает воздушный поток. Через соединенные между собой банки проходит воздух. В то же время через зеркало  (мы заменили зеркало пищевой пленкой) солнечный свет нагревает банку, и воздух внутри него также нагревается. Нагретый воздух выходит наружу через специально сделанную  отверстие на колодку коллектора. В этот проем, установив трубу или шланг, впускаем нагретый воздух внутрь дома или любого здания, где необходимо отопление.Таким образом, холодный воздух внутри здания и горячий воздух, поступающий через коллектор, взаимодействуют, температура повышается, и воздух нагревается.

Эксперимент. Конвекция

Шаг 2. В одну из пробирок налейте холодную воду.

Шаг 4.Налейте горячую воду во вторую пробирку.

Шаг 7. По завершению эксперимента сделайте выводы и ответьте на вопросы:

• Почему вода в красном залезла в высокий отсек?
• Почему вода синего цвета попала в нижнюю часть?
• Почему кондиционер размещается в верхней части комнаты, а обогреватели-в нижней части комнаты?

После завершения экспериментальных работ этой недели мы приступим к созданию модели коллектора солнца. В целом работу, которую нужно было сделать, мы поделили на 3 недели. Первую неделю готовим баночки.

Шаг 1.  Разделитесь по 5 человек в группы. Ознакомьтесь всеми необходимыми материалами.