1 апта

Мақсаты

1. Балама энергия көздерімен танысу және оларды қолданысқа енгізу жолдарын қарастыру. 
2. Күн көзінен жылу энергиясын алатын құрылғы жасау.  
3. Физикалық құбылыстарды зерттеу.                      

Күтілетін нәтижелер

Жобаны зерттегеннен кейін оқушылар:

– мұғаліммен жақсы қарым-қатынас жасай алу және топта, жұпта жұмыс істеу

– ақпаратты талдау және жалпылау

– оқуға деген жауапты көзқарас қалыптасады

– білім алу барысында коммуникативтік қабілеттер қалыптастырылатын болады

– өз бетінше логикалық пайымдау және қорытынды жасау

– табиғи энергия көздерін қолданысқа енгізу жолдарын қарастыру 

– материалдардың жылуөткізгіштік қасиеттерімен танысу

– конвекция құбылысын зерттеу

Жоба барысында үйренесіз:

• Балама энергия көздерінің артықшылықтары мен кемшіліктерін білу;
• Күн энергиясының қалай жылу энергиясына айналатынын;
• Күн коллекторының құрылысын;
• Күн коллекторының жұмыс жасау барысын.

Пәнаралық байланыс: 

•  Физика (Күн энергиясынан жылу энергиясын көзіне алу)
•  Инжeнерия (коллектордың макетінің констукциясын жасау, дизайн)
• Көркем еңбек (өлшемдер алу, қию)

Мұғалімге арналған нұсқаулық

1. Жобаны бағалау үшін, бірінші аптада оқушыларға осы материалды (PBLrubrics) беріңіз:

• оқушылар қандай критерийлер бойынша дайындалу керектігін алдын ала түсіну үшін,
• оқушылар өз әріптестеріне тиісті баға бере алу үшін.

2. Сабақтың басында ұсынылады:

– жобаға деген қызығушылықты ояту үшін бірнеше “жетекші сұрақтар” қойыңыз:

– Қандай дәстүрлі энергия түрлері бар?

– Баламалы энергия түрлеріне не жатады?

– Қазіргі таңда адамдар жылу энергиясын қандай тәсілдер арқылы алуға болады?

– Күн жылу энергиясының қандай артықшылықтары бар?

– Күн жылу энергиясының қандай кемшіліктері бар?

Теориялық бөлім

Күн жер бетінің барлық дерлік бөлігіне түсетіндіктен, оның артықшылықтарын ескере отырып, пайдалана аламыз. Күн энергиясын қолданысқа енгізуі гелиоэнергетика ғылымының пайда болуына әкелді. Ол күн радиациясын электр және жылу энергиясына түрлендірумен айналысатын құрылғыларды зерттейді.

Мұндай құрылғыларға күн батареясы жатады. Бұл жартылай өткізгіштер болып табылатын фотоэлементтердің тегіс, қорғаныш жабыны бар құрылым. Олар күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру процесін қамтамасыз етеді. 

Жер шарында пайдалы қазбалардың түрі өте көп. Бірақ бұл – «олар мүлдем сарқылмайды» деген сөз емес. Әсіресе, бүгінде отынның таптырмайтын түрлері мұнай мен газдың қоры жыл санап кему үстінде. Сондықтан энергияны үнемді қолдана отырып, онымен тікелей бәсекеге түсе алатын басқа да энергия түрлерін (атом, су, жел, күн, т.б.) қолданысқа енгізу керек. Күн энергиясын жылу энергия көзіне айналдыру жолдары қарастырылуда.

Жалпы алғанда, Күн сәулеленуінен электр энергиясы мен жылу алудың бірнеше әдістері бар. Олар:

1) Электр энергиясын фотоэлементтер көмегімен алу.

2) Күн энергиясын жылу машиналарының көмегі арқылы электр энергиясына айналдыру (Жылу машиналарының түрлері: поршеньдік немесе турбиналық бу машиналары. Стирлинг қозғалтқышы.).

3) Гелиотермальдық энергетика – Күн сәулелерін жұтатын беттің қызуы мен жылудың таралуы және қолданылуы. 

4) Термоәуелік электр станциялары (Күн энергиясының турбогенератор арқылы бағытталып отыратын ауа ағыны энергиясына айналуы).

5) Күн аэростаттық электр станциялары (аэростат баллоны ішіндегі су буының аэростат бетіндегі күн сәулесі қызуы салдарынан генерациялануы). 

Ал Күн коллекторлары мүлдем басқа жұмыс принципіне ие. Техникалық терминологияда күн сәулесінің энергиясын жылуға тікелей түрлендіретін климаттық жабдық күн коллекторы деп аталады. Құрылғы классикалық күн батареясы сияқты электр энергиясын өндірмейді, тек жылуды жинайды, шоғырландырады және жылу жүйесіне жібереді. Су, мұздатылмайтын сұйықтық немесе ауа тасымалдағыш ретінде әрекет етеді. Бұл технологияны суық мезгілде үйлердің жылыту тиімділігін арттыру және сонымен бірге шығындарды үнемдеуге септігін тигізеді.

Құрылымдық сипаттамалары және олармен байланысты жұмыс принципі бойынша ғимаратты жылыту үшін күн коллекторлары 3 негізгі түрге бөлінеді – жазық, вакуумдық және ауа. Құрылымдық жағынан, құрылғы жеткізу және кері магистральмен байланысқан катушкалар түрінде сериялы қосылған түтіктер жиынтығынан тұрады. Олардың ішінде тасымалдағыш ретінде су, антифриз немесе ауа айналады.

Жылу әдетте тасымалдағыш арқылы радиаторларға жіберіліп, жылыту процесстері басталады. Сол арқылы ғимараттарды жылыту, су жылыту үшін пайдаланылады. Күн коллекторларын жылу пайдаланатын кез келген жерде қолдануға болады. Тасымалдағыш ретінде су болса, онда алдымен коллектордың пластинасына түскен күн радиациясы суды қыздырып, үйге тасымалдануы арқылы жұмыс жасалынады. Күн коллекторлары үйді ыстық сумен қамтамасыз етуді 30%, жылу жүйесімен қамтамасыз етуде 60%-ға дейін шығынды үнемдеуге мүмкіндік жасайды. Және дәл осы принциппен ауа ағыны да күн сәулесі арқылы қызып, ғимаратты жылыту үшін қызмет атқарады. 

Сонымен қатар күн коллекторларын орналасуы өте қарапайым болғандықтан пайдалану экономикалық жағынан қолайлы болып саналады. 

Дерек көздері:

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

Практикалық бөлім 

Бұл жобада біз бірнеше тәжірибелік жұмыстар жасаймыз. Олар жұмыстар бізге бірнеше физикалық процесстердің қалай жүретінін көрсетеді. Сонымен қатар, күн коллекторының жұмыс істеу принциіне негізделген коллектор моделін жасаймыз. Коллектордың жұмыс істеу процесі: арнайы екі жақ бетінен жасалған ойықтар арқылы ауа ағыны ішке енеді. Бір-біріне жалғанған құтылар арқылы ауа жүреді. Сол уақытта бекітілген айна (біз айнаны тағамға арналған пленкамен алмастырдық) арқылы күн сәулесі құтыларды қыздырады және оның ішіндегі ауа да қызады. Қызған ауа коллектор табанынтағы арнайы жасалған ойық арқылы сыртқа шығады. Осы ойыққа труба немесе шланг орнату арқылы қыздырылған ауаны жылыту керек болған үйдің немесе кез келген ғимараттың ішіне кіргіземіз.Солай ғимараттың ішіндегі салқын ауа мен коллектор арқылы кіріп жатқан ыстық ауа әрекеттесіп, температура жоғарылап, ауа жылынады.

Тәжірибе. Конвекция

Қадам 2. Пробирканың біреуіне суық су құйыңыз.

Қадам 4. Екінші пробиркаға ыстық су құйыңыз.

Қадам 7. Тәжірибе аяқталғаннан кейін қорытынды жасаңыз және сұрақтарға жауап беріңіз:

• Неге қызыл түстегі су жоғары бөлікке көтерілді?
• Неге көк түстегі су төменгі бөлікке түсті?
• Неге кондиционер бөлменің жоғарғы жағына, ал жылытқыштар бөлменің төменгі жағына орналастырылады?

Осы аптаның тәжірибелік жұмыстарының жасап біткеннен кейін, біз күн моделін жасауға кірісеміз. Жалпы жасалу керек жұмысты 3 аптаға бөлдік. Бірінші аптада құтыларды дайындаймыз.

Қадам 1. Топтарға 5 адамнан бөліңіз. Барлық қажетті материалдармен танысыңыз