Station 1 Energy Concept - PDF ingyenes letöltés
Feladat: 1. állomás Energia fogalma Anyag: Tanulási szekvenciák, 1. füzet Fizikakönyv, olló és ragasztó Munkalapok: 1.1 Energiaforrások 1.2 Energiafajták 1.3 Energiaformák 1.4 Energia kimerülés 1.5 Az energikus kutya 1.6 A legfontosabb elsődleges energiáink 1.7 Az elsődleges energiahordozók Munkafeladatok: 1. Olvassa el a 2. sz. Füzet 5.-7. Ismételje meg és jegyezze fel a munka és az energia kifejezéseket, valamint a termodinamika 1. és 2. törvényének alapvető állításait. 3. A munkalapok segítségével dolgozza ki és válaszolja meg a következő pontokat: Milyen típusú energia van? Mely energiafajtákat különbözteti meg? Milyen primer energiahordozókat használnak energia előállítására? További feladat: Olvassa el és dolgozza át a tanulási szekvenciák 1. kötetének 8. és 11. oldalát, tisztázza az energia fogalmának négy különböző aspektusát. 13.
Az energiafogyasztás története 1.1. Energiaforrások 1. állomás Energiakoncepció Energiaforrások Idő Őskor évekkel ezelőtt Emberi izomerő Tűz/fa előtt ősi Szél Nap Az állatok izomerője Évek Vízerő A modern idők óta a szén, az olaj, a földgáz, az urán, az összes primer energiából származó áram, évek 14
1.2. Feladatlap Az energiaállomás típusai 1. Energia kifejezés 1. Rendezze el a következő kifejezéseket az energia típusai szerint Kőszén Mechanikai munka Geotermikus energia Benzin Földgáz Biomassza Fűtőgőz Nukleáris üzemanyag Dízelüzemű könnyű villamos brikett Hő koksz Hidroenergia Fűtési hő Lignit kőolaj Szél Napenergia Fűtőolaj Elsődleges energia Másodlagos energia Hasznos energia Kőszénbrikett 2. Forma átalakító láncok. Ehhez írja be a rendszerbe az elsődleges energia, a másodlagos energia, a hasznos energia és az átalakító kifejezéseket. 3. Keressen példákat a fenti táblázatból. A következő átalakítók lehetségesek: erőmű, villanykörte, minden háztartási készülék, turbina stb. 4. Melyik átalakító láncok megfelelőek? a. Szénkoksz b. Ásványolaj-kőolaj-áram Elektromos gőz kőolaj d. Széngőz elektromos teljesítmény 15
1.3. Munkalap Az 1. energiaállomás formái Energia fogalma Az energiát csak a hatása alapján lehet felismerni. Ilyen hatásokra példák pl. B. mozgás, fény és melegség. A megfigyelhető hatások alapján megkülönböztetjük a következő energiaformákat: 1 2 3 4 mozgási energia (pl. Hajtó autó), feszültségenergia (pl. Megfeszített rugó), hő (pl. Túlhevített gőz), kémiai energia (pl. Üzemanyagok, autó akkumulátor), elektromos energia (pl. Villámlás), sugárzó energia (pl. UV-sugárzás, rádióhullámok) nukleáris energia (pl. Hasadási energia). 1. Rendelje hozzá az energia formáit az ábrákhoz, és írja be őket a táblázatba. 1. ábra Energiaforma 5 6 2 3 4 5 6 7 8 7 8 9 10 9 10 2. Töltse ki az üres mezőket további példákkal, amelyek feltárják az energia formáját, és írja be ezeket a táblázatba. 16.
1.4. Feladatlap: Energia leértékelése, 1. állomás: Energia fogalma, energia leértékelése és a folyamatok iránya 17
1.5. Feladatlap Energikus kutya Az 1. állomás energiagazdálkodási koncepciója Elégedett, most felpattan a szemben lévő lépcsőn, és milyen örömöt lát a hívogató medence. Mielőtt megtudná, megcsúszik és beesik. 6 mozgási energia a mozgás energiájából 1 a mozgás energiájából 2 mozgás energiája 5 le a mozgás energiájából 4 mozgás energiája 3 ki a kutya A felső leszálláson fut a kutya, és kissé megtölti a gyomrát. Aztán leugrik a lépcsőn, és megeszi az ételét. Az energiaátalakítás minden folyamatban zajlik; elsősorban kinetikus energia keletkezik, de ennek különböző eredete van. Írja be a nyilak alá az energia formáját, amelyből kinetikus energia származik. 18
1.6. Feladatlap A legfontosabb primer energiaforrásaink 1. állomás energia koncepciója A kincsesláda megmondja, hogy jelenleg mely primer energiaforrásokat használjuk energiaellátáshoz. Mely elsődleges energiaforrások vannak a mellkasban? Írja be a nevüket. 6% 14% 22% 12% 22% 24% Most már ismeri az elsődleges energiákat, és ha ezt a számot felcímkézi, megtudhatja, hogy ezek mennyiben járulnak hozzá energiaellátásunkhoz. A hatodik szegmens 6% -kal a fűtőolaj, a szivattyú tároló és egyéb. 19-én
1.7. Feladatlap Elsődleges energiaellátás 1. állomás Energia koncepció Az elsődleges energiaellátás 1. Vágja ki a bemutatott szimbólumokat, és illessze be belőlük az elsődleges energiaforrások áttekintését. 2. Melyik létfontosságú energiaforrás hiányzik? Vigye tovább és ragassza be is. megújuló energiaforrások fosszilis üzemanyagok nukleáris üzemanyag 3. Rendelje hozzá a fosszilis vagy a megújuló és a kimerítő vagy kimeríthetetlen kifejezéseket az energiahordozókhoz. 20
Megoldások Station 1 Energia koncepció az 1.2 munkalaphoz. Energiatípusok 1. Elsődleges energia, másodlagos energia, hasznos energia, kőszén, koksz, gázbrikett, lignit, brikett Fény 4. a & d az 1.3. Munkalapra. Energiaformák 1. ábra: Kémiai energia 2. ábra: Sugárzó energia 3. ábra: Feszültségenergia 4. ábra: Hő 5. ábra: Kinetikus energia 6. ábra: Elektromos energia 21
Energiaformák Energiaforma Fizikai forma Potenciális energia Magasságenergia Nyomásenergia Feszültségenergia Gátolt víz Sűrített gáz Helikális rugó Kinetikus energia Mozgásenergia Mozgó autó Gördülő golyó Forgásmozgás energia Lendkerék Hő Kémiailag kötött energia Atomerőmű Elektromos tér energia Mágneses tér energia Elektromágneses sugárzás energia Túlhevített gőz Üzemanyagok, autó akkumulátor Urán kondenzátor, villámtekercs 1,5 Energikus kutya A következő energiaátalakítások történnek: 1. nyíl: kémiai energiából 2. nyíl: kémiai energiából 3. nyíl: helyzeti energiából 4. nyíl: kémiai energiából 5. nyíl: kémiai energiából 5. nyíl: kémiai energiából 6. nyíl: helyzeti energiából Magyarázat a) A kutya tárolt kémiai energia, amelyet mozgás közben energiává alakít át izomerővel. b) A bal felső lépcsőházban kémiai és helyzeti energia van. Amikor a kutya lefut a lépcsőn, kémiailag kötött energiájának egy részét kinetikus energiává (+ hővé) alakítja, hogy megbirkózzon az úttal (vízszintes sík); hogy leküzdjék a (függőleges) zuhanásmagasságot, ugyanakkor a mozgási energiában lévő helyzeti energia egy részét. 22-én
c) Az elfogyasztás helyettesíti a kémiai energiát, amelyet éppen most használtak fel. d) Ha ezután újra felrohan a lépcsőn, kémiai energiára van szüksége az úthoz és a magasságkülönbség leküzdéséhez. e) Ha a jobb talapzaton csúszik és az úszómedencébe esik, a kinetikus energia kizárólag az 1.6. munkalapra rendelkezésre álló energiából származik. Legfontosabb primer energiaforrásaink: megújuló energiák, földgáz, nyersolaj, szén, atomenergia 2007 hozzájárult a hazai primer energiaellátáshoz: 22% atomenergia, 24 % Lignit, 22% szén, 12% földgáz, 14% megújuló energia, 6% fűtőolaj, szivattyús tároló és egyéb az 1.7. Munkalaphoz Urán-tórium 2. A napsugárzás mint fontos energiahordozó hiányzik. 23.
Feladat az 1. állomáshoz Energiamennyiségek Anyag: Tanulási szekvenciák, 1. füzet Energia, tanulási szekvenciák, 2. füzet Hőerőművek Munkalapok Munkafeladatok: Olvassa el az energia mértékegységét az 1. füzet, az Energia c. Lásd még az összefoglaló táblázatot a 32. oldalon. Hozzon létre egy tiszta táblázatot a 2.1. Munkalapon. Hajtsa végre a következő gyakorlatot a másik konverziós táblázat segítségével (2.2. Munkalap): 1 kiló joule (kj) ezer joule-nak felel meg 3 3 1 000 mega-joule (MJ) egymilliónak felel meg Joule 10 6 1 000 000 1 Giga-Joule (GJ) egymilliárd joule-nak felel meg. Olvassa el a hőerőművek tanulási sorozatának 2. füzetében, 21. és 22. oldal. A hatékonyság. Oldja meg a megfelelő feladatot a 2.3 munkalapon. Az Energia című tanulási sorozat 1. füzet 12. oldalán nézze meg a föld energiaháztartásának szemléltetését. A nap folyamatosan süt a földön, 180 milliárd megawatt teljesítmény mellett. Hány százaléka szabadul fel az űrbe? Számítsa ki a föld hatékonyságát. Gyűjtse össze egy táblázatba a tipikus háztartási gépek teljesítményét és energiafogyasztási értékeit. További feladat: Olvassa el az energiaegység névadójának szövegét (2.4. Munkalap). 24.
2.1. Feladatlap Az energiaállomás mérési egységei 2 Energiamennyiségek Fizikai mennyiség Egységek Átalakítás az egységek között 25
2.2 feladatlap Az energiaállomás mérési egységei 2 Energiamennyiségek Mire képes az energia és milyen energia van 1 joule (1 J) esetén a méhnek 120 m-es repülésre van szüksége elektromos energiára van szükség egy zsebszámológéphez, miközben 50 szorzást végez 1 kilojoule (10 3 J) elektromosan le kell borotválnia az arcának a felét, amelyet akkor tölt el, amikor 1 m-t úszik, 5 m-t gyalogol, 12 m-t kerékpároz vagy 8 lépcsőt mász meg. 1 megajoule (10 6 J) elegendő kb. 2 színes színes focihoz (TV ) költ, ha 3,5 órán keresztül semmit sem csinál (az anyagcsere aránya) 1 gigajoule (10 9 J) elegendő egy 4 fős háztartásban 3 hónap mosáshoz és szárításhoz, 8 hónapos világításhoz 1 terajoule (10 12 J) 31 000 l benzinben, amely elegendő lenne egy világ körüli utazáshoz egy autóval 8, egy rosszul szigetelt családi ház 7 év alatt 1 petajoule-t (10 15 J) pazarol el, 1985 1 Exajoul e (10 18 J) a Föld 6 másodperc alatt megkapja a napot, a világ elsődleges energiafogyasztása 21 óra alatt 26
2.3. Feladatlap A 2. állomás hatékonysága Energiamennyiségek Egy nyári napon egy négyzetméter másodpercenként 0,6 kJ napenergiát ér el. A napsugárzás 12% -os hatásfokkal és 9 m 2 teljes területtel éri el a napelemeket. Mennyi idő alatt lehet 1 kWh elektromos energiát előállítani? 27.
Megoldások a 2. állomáshoz Energiamennyiségek a 2.2 munkalaphoz A másik konverziós táblázat: 1 kiló joule (kJ) ezer joule-nak felel meg 10 3 1 000 1 mega-joule (MJ) egymillió joule-nak felel meg 10 6 1 000 000 1 giga-joule (GJ) egymilliárd joule-nak felel meg 10 9 1 000 000 000 1 tera joule (TJ) egy billió joule-nak felel meg 10 12 1 000 000 000 000 000 1 peta joule (PJ) egy kvadrilliós joule-nak felel meg 10 15 1 000 000 000 000 000 000 1 exa joule (EJ) egynek felel meg Trillió joule 10 18 1 000 000 000 000 000 000 a 2.3. Munkalapért. A hatékonyság 0,6 kj 1 m 2 1 s = sugárzott energia 0,6 kj 9 m 2 = 5,4 kj = 5400 watt 1 m 2 1 ss 5400 W. 0,12 = 648 W t = 1 kwh = 1,54 h 648 W, hogy a föld energiamérlege 100% -os napsugárzással működjön; mínusz A légkör 31% -os visszatükröződése; mínusz A levegő burkolatából származó hősugárzás 21,7%; 47,3% éri el a felszínt, azaz H. A kisugárzott energia 47,3% -át a föld energiamérlege alakítja át 2.4 munkalapra. A Joule és névadója 1978-ban a Joule fizikai egység a mai napig mérsékelt sikerrel váltotta le hivatalos elődjét, a kalóriát. 29.
Feladat a 3. állomáshoz Hőerőművek Anyag: Tanulási sorrend, 2. füzet Hőerőművek Munkalap 3.1 Hőerőművek működése 3. feladatlap Hőerőművek mint energiaátalakítók Munkalap 3.3 Hőerőművek működőképessége Táblázat Hőerőművek áramtermelése További információk: .php munkafeladatok: Olvassa el a tanulási szekvenciák 2. füzete 8., 9. és 9. oldalán. Dolgozzon a mellékelt munkalapokon, és válaszoljon a kérdésre: A rendszer melyik részén történik az átalakítás elektromos energiává? További feladat: Bővebb információkért olvassa el a 2. füzet 10-től 15-ig terjedő füzetét. 30-án
Feladatlap Hőerőművek, mint energiaátalakítók 3. állomás Hőerőművek Kémény Kazán/gőzfejlesztő Füstgáz tisztítás Víz-gőz körforgás Szénmalom Szén tároló Szénporventilátor Elektromos vízszivattyú Kémiailag kötött energia Elektromos vezeték Turbinagenerátor Kondenzátor Hűtőkör Hűtőtorony Az erőművekben az elektromos energia más energiafajtákból származik. Jelölje meg a vázlat legfontosabb részeit. Fejezze be az energiaátalakítási láncot. 32
Munkalap munkamódja, 3. állomás, hőerőművek Magyarázza el a széntüzelésű erőmű működési elvét energiatermelés céljából. 33
Megoldások a 3. állomáshoz Hőerőművek a munkalapra A hőerőművek működése Megoldások az üres szöveg szövegére: 1 = kémiai energia 2 = hőenergia 3 = gőz 4 = turbina 5 = generátor 6 = kazán 7 = hő 8 = víz 9 = gőzfejlesztő 10 = gőz 11 = turbina 12 = generátor 13 = kondenzátor 14 = tápvízszivattyú a munkalapon működő hőerőművekhez, mint energiaátalakító, lásd a 2. füzet füzetét
Feladat a 4. állomáshoz Kombinált hő és energia Anyag: Tanulási szekvenciák füzet 2 - Hőerőművek 4.1. KWK munkalap 4.2. Munkalap - Számítási példa Munkafeladatok: A 4.1 KWK munkalap segítségével dolgozzuk ki a kapcsolt hő és energia alapelvét. Olvassa el a 4.2. Fejezetet a 2. füzet hőerőműveinek tanulási sorrendjeiben, a 24–26. Oldalon. Kombinált hő és energia. Kövesse a 4.2 munkalapon szereplő számítási példát. További feladat: Tisztázza a következő kérdéseket egy erőmű-kirándulás során. Mi a különbség a fő kondenzátor és a fűtő kondenzátor között? Hogyan lehet a hőerőmű alkalmazkodni a különböző energiaigényekhez nyáron és télen? Mire lehet használni a távfűtést nyáron? 35
4.1. Feladatlap 4. kapcsolt hőerőmű 4. kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés Egy hagyományos hőerőműben csak elektromos energia keletkezik. Egy hőerőmű viszont villamos energiát és távfűtést is termel. Gőzgenerátor Turbinák Áramháló Generátor Tápvízszivattyú füstgázok tisztításához Hőcserélő Kondenzátor Üzemanyagipar Lakóépületek Hűtőtorony Forrás: ASE/az RWE Energie AG szerint Írja le a vízgőz körforgását, amikor a hőerőmű csak elektromos energiát termel. Mit absorbál ebben az esetben az úgynevezett hulladékhő? ha a hőerőmű csak távfűtést termel. Mit absorbál ebben az esetben az úgynevezett hulladékhő? 36
Melyik a legolcsóbb megoldás az elsődleges energiafelhasználás (PE) szempontjából? 1. változat PE, villamos energia 400 000 kwh/0,37 1081 081 kwh PE, fűtés 450 000 kwh/0,80 562 500 kwh Teljes PE, villamos energia + PE, hő 1 643 581 kwh 2. változat villamos energia, 200 000 CHP hasznosítási időszak, 200 000 CHP/50 kw 4000 h hő, CHP 70 kwh 4000 h 280 000 kwh PE, CHP 200 000 kwh/0,35 571,429 kwh villamos energia, EVU 400 000 kwh 200 000 kwh PE, villamos energia EVU 200 000 kwh/0,37 540 540 kwh hőkazán 450 000 kwh 280 000 kwh 170 000 kwh PE, hő 170 000 kwh/0,80 212 500 kwh teljes PE, CHP + PE, villamos energia EVU + PE, fűtés 1 324 469 kwh A CHP-vel a 2. változat a legjobb megoldás a friss virágok primer energiája szempontjából. 20% körüli az előnye. 38
Feladat az 5. állomás erőmű-alkotóelemeihez Anyag: Tanulási sorrend, 2. füzet - Hőerőművek http://www.energiewelten.de/elexikon/lexikon/index3.htm 5.1. Feladatlap Elvázlat További információkért lásd: http://www.rwesolutionsworld.de/dokumente/rwe_solutions_world_index_v4. html http://www.tilo-schuster.de/2004/homes04-46.htm Munkafeladatok: Sétáljon végig egy kapcsolt energiatermelő erőmű legfontosabb elemein online az Energiavilág lexikonjában. Használja a következő linkeket: Hőerő Égőerőmű Gőzfejlesztő kazán Benson kazán Füstgáz tisztítás Szennyező anyag a füstgázokban Gőzturbina verziók Generátor Erőművi generátorok Kondenzátor Hűtőtorony Természetes huzatú nedves hűtőtorony Olvassa el a tanulási szekvenciák 9–15. Oldalát, 2. kiadás Hőerőművek. Akár 2.1.7-ig töltse ki az elismert összetevőket az 5.1-es vázlat munkalapon. 39
5.1. Feladatlap Az 5. erőművi alkatrészek vázlatos vázlata 1 3 6 8 9 10 7 11 15 2 14 4 5 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 40
Megoldás az 5. állomáshoz Az erőmű alkatrészei a 5.1. Munkalaphoz Hűtővízszivattyú 13 - hűtővíz 14 - előmelegítő 15 - vezeték az elektromos hálózathoz 41
Ütemezés Az erőműkutatások népszerűek, és természetesen zökkenőmentesen be kell illeszkedniük a lecke menetébe. Ezért időben vegye fel a kapcsolatot azzal az energiaellátó céggel, amelynek erőművéhez ellátogatni szeretne. 44.