1.

Prezentacja na temat: "1."— Zapis prezentacji:

1 1

2 DANE INFORMACYJNE (DO UZUPEŁNIENIA)
Nazwa szkoły: Gimnazjum im. Adama Mickiewicza w Brodach ID grupy: 98/66 _MF_G2, Opiekun: Grażyna Nowak, Kompetencja: matematyczno – fizyczna Temat projektowy: „Skąd się bierze prąd elektryczny” Semestr/rok szkolny: IV / rok szkolny 2011/2021 2

3 Spis treści: Cele projektu. Wstęp – trochę historii..
Podstawowe definicje, pojęcia i prawa. Alternatywne źródła energii. Zadania Doświadczenia Wycieczka

4 Cele projektu

5 Zebranie i usystematyzowanie wiadomości dotyczących prądu elektrycznego.
Wybór i przeprowadzenie doświadczeń badających przepływ prądu Rozwiązywanie przykładowych zadań związanych z prądem elektrycznym Poznanie odnawialnych źródeł energii

6 Kształtowanie umiejętności samodzielnego korzystania z różnych źródeł informacji, gromadzenie, selekcjonowanie i przetwarzanie zdobytych informacji. Doskonalenie umiejętności prezentacji zebranych materiałów. Wyrabianie odpowiedzialności za pracę własną i całej grupy.

7 PRĄD ELEKTRYCZNY

8 Trochę historii… . Istnienie zjawisk elektrycznych znane już było w starożytności, odnosiło się jednak wyłącznie do zdolności przyciągania drobnych przedmiotów drewnianych przez potarty bursztyn

9 Alessandro Volta 18 lutego 1745 – urodził się w Como, we Włoszech
1775 – skonstruował elektrofor, przyrząd do wytwarzania ładunku elektrostatycznego 1800 – zaprezentował publicznie baterię wytwarzającą prąd stały 5 marca 1827 – zmarł w Como

10 Włoski fizyk Alessandro Volta opracował praktyczną metodę wytwarzania stałego prądu elektrycznego.
Zbudował ogniwo, żeby obalić teorię Luigiego Galvaniego głoszącą, że w tkankach zwierzęcych płynie prąd. Volta uważał, że prąd wytwarzany jest przez kontakt różnych metali w wilgotnym środowisku i że nie trzeba do tego zwierzęcej tkanki.

11 Zbudował model baterii elektrycznej
Zbudował model baterii elektrycznej. W 1881 roku jednostkę napięcia elektrycznego nazwano na jego cześć woltem.

12 Andre Marie Ampere 22 stycznia 1775 – urodził się w Lyonie, we Francji
1820 – wyjaśnił zjawisko elektromagnetyzmu 10 czerwca 1836 – zmarł w Marsylii, we Francji

13 Zajmował się elektromagnetyzmem.
W wieku 12 lat Ampere mógł pochwalić się doskonałą znajomością matematyki. W późniejszym wieku zyskał sławę jako fizyk. Zajmował się elektromagnetyzmem. Ampere sformułował prawo opisujące działanie siły magnetycznej pomiędzy prądami elektrycznymi.

14 Od jego nazwiska jednostkę natężenia prądu nazwano amperem.
Wynalazł również przyrząd do mierzenia natężenia prądu, który później został udoskonalony i nazwany galwanometrem. Od jego nazwiska jednostkę natężenia prądu nazwano amperem.

15 Piorun jest wyładowaniem elektrycznym pomiędzy silnie naładowaną chmurą a ziemią lub pomiędzy dwoma chmurami. Ciekawostka…

16 Podstawowe definicje pojęcia i prawa

17 PRĄD ELEKTRYCZNY Prąd elektryczny – uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. Umowny kierunek prądu: od + do -

18 Nośnikami prądu są: w ciałach stałych - swobodne elektrony
w cieczach - jony, które powstały w wyniku dysocjacji w gazach - jony, które powstały na skutek jonizacji. Przyczyną jonizacji może być: wysokie napięcie, wysoka temperatura, promieniowanie

19 ŁADUNKI ELEKTRYCZNE Ładunki elektryczne to zwykłe cząstki, które potrafią wytwarzać pole elektryczne. Prąd tworzyć mogą zarówno ładunki dodatnie (np. jony dodatnie: jon wodoru, jon siarczanowy itp), jak i ujemne (np. elektrony, czy jony ujemne w rodzaju jonu OH-).

20 ciecze przewodzące prąd (wodne roztwory kwasów, zasad i soli).
Kilka ważnych pojęć: ELEKTROLIZA wydzielanie się substancji chemicznych na elektrodach na skutek przepływu prądu elektrycznego. Zastosowanie: do uzyskiwania gazów, do powlekania przedmiotów metalami. DYSOCJACJA rozpad cząstek elektrolitów na jony pod wpływem wody lub wysokiej temperatury ELEKTROLITY ciecze przewodzące prąd (wodne roztwory kwasów, zasad i soli).

21 Kilka ważnych pojęć: OGNIWO  BATERIA  AKUMULATOR
urządzenie zamieniające energię chemiczną na elektryczną BATERIA  zespół połączonych ze sobą ogniw AKUMULATOR ogniwo, które można naładować

22 Przykładowe źródła prądu:
ogniwo baterie baterie chemiczne bateria słoneczna akumulator Ogniwo elektryczne składa się z naczynia z elektrolitem i dwóch zanurzonych w nim elektrod wykonanych z różnych substancji. Na skutek procesów chemicznych między elektrodami pojawia się napięcie elektryczne.

23 Napięcie elektryczne U= W / q , gdzie : U- napięcie W – praca
NAPIĘCIE ELEKTRYCZNE- różnica potencjałów warunkująca przepływ prądu. U= W / q , gdzie : U- napięcie W – praca q - ładunek Napięcie między punktami A i B jest równe ilorazowi pracy potrzebnej do przeniesienia ładunku między tymi punktami i wartości tego ładunku Jednostką napięcia jest 1 V ( wolt ) V = J/C Napięcie między punktami A i B ma wartość 1V, jeżeli przeniesienie między nimi ładunku 1C wymaga pracy 1J

24 Jednostką natężenia jest 1A ( amper) .
Wzór: I=q / t gdzie: I – natężenie q – ładunek t – czas Natężenie prądu NATEŻENIE PRĄDU to iloraz ładunku przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika przez czas jego przepływu. Jednostką natężenia jest 1A ( amper) . 1A= C / s

25 PRAWO OHMA Natężenie prądu elektrycznego płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do wartości napięcia elektrycznego na jego końcach. Prawo Ohma wyraża się wzorem: . I=U/R gdzie: I – natężenie prądu U – napięcie R – opór

26 Opór elektryczny( rezystancja)
(rezystancja) – iloraz napięcia i natężenia prądu. R=U/I

27 Opór elektryczny nie zależy od napięcia i natężenia prądu
Opór elektryczny zależy od: * Pola przekroju poprzecznego (grubości przewodnika) * rodzaju przewodnika * długości przewodnika I R =(ρ∙l)/S, gdzie: ρ - gęstość przewodnika l – długość przewodnika S – pole przekroju poprzecznego przewodnika

28 Praca i moc prądu elektrycznego:
1 kWh odpowiada ilości energii, jaką zużywa przez godzinę urządzenie o mocy 1000 watów, czyli jednego kilowata. 1 kWh = 1∙1000 ∙ W ∙ 60 ∙ 60 ∙ s = Ws = J

29

30 ALTERNATYWNE ŹRÓDŁA ENERGII

31

32 Struktura OZE w Polsce na dzień 31 marca 2011 r
Struktura OZE w Polsce na dzień 31 marca 2011 r. według łącznej mocy instalacji (w MW).

33 ENERGIA WODNA

34 Współcześnie energię wodną zazwyczaj przetwarza się na energię elektryczną (hydroenergetyka), często opartą na spiętrzeniach uzyskanych dzięki zaporom wodnym. Można ją także wykorzystywać bezpośrednio do napędu maszyn – istnieje wiele rozwiązań, w których płynąca woda napędza turbinę lub koło wodne.

35 ELEKTROWNIA WODNA Jest to zakład przemysłowy zamieniający energię potencjalną wody na elektryczną.

36 JAK ZBUDOWANA JEST ELEKTROWNIA WODNA ?
ZAPORA - przegradza dolinę rzeki i spiętrza jej wody TURBINA WODNA - to silnik, przetwarzający mechaniczną energię przepływającej przezeń wody na użyteczną pracę mechaniczną GENERATOR - turbina wodna zamienia energię kinetyczną na mechaniczną, zaś połączony z turbiną generator z energii mechanicznej wytwarza – czyli generuje - energię elektryczną. LINIE PRZESYŁOWE

37 ELEKTROWNIA WIATROWA

38 Elektrownia wiatrowa to zespół urządzeń produkujących energię elektryczną, wykorzystujących do tego turbiny wiatrowe. Energia elektryczna uzyskana z wiatru jest uznawana za ekologicznie czystą, gdyż, pomijając nakłady energetyczne związane z wybudowaniem takiej elektrowni, wytworzenie energii nie pociąga za sobą spalania żadnego paliwa.

39 ENERGIA SŁONECZNA

40 Rozkład nasłonecznienia kuli ziemskiej z uwzględnieniem wpływu atmosfery ziemskiej

41 Konwersja fotowoltaniczna
Konwersja fotowoltaniczna umożliwia bezpośrednią zamianę energii promieniowania słonecznego (światła) na prąd elektryczny. Zachodzi ona w fotoogniwach półprzewodnikowych. Do ich budowy wykorzystuje się najczęściej najczęściej: krzemu (Si), german (Ge) lub selen (Se). Wielkość napięcia i mocy uzyskiwanej z pojedynczego ogniwa nie jest imponująca – zazwyczaj 0,5V, aby urządzenie było więc użyteczne ogniwa łączy się szeregowo w celu podwyższenia napięcia i równolegle w celu zwiększenia mocy. W ten sposób powstaje bateria słoneczna.

42

43 BIOMASA

44 Należą do niej zarówno odpadki z gospodarstwa domowego,
Biomasa to najstarsze i najszerzej współcześnie wykorzystywane odnawialne źródło energii. Należą do niej zarówno odpadki z gospodarstwa domowego, jak i pozostałości po przycinaniu zieleni miejskiej. Biomasa to cała istniejąca na Ziemi materia organiczna, wszystkie substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego ulegające biodegradacji. Biomasą są resztki z produkcji rolnej, pozostałości z leśnictwa, odpady przemysłowe i komunalne.

45 Poprzez fotosyntezę energia słoneczna jest początkowo akumulowana w biomasie organizmów roślinnych, zaś później w łańcuchu pokarmowym organizmów zwierzęcych. Energię zawartą w biomasie można wykorzystać ! Polega to na przetwarzaniu na inne formy energii poprzez spalanie biomasy lub spalanie produktów jej rozkładu. W wyniku spalania uzyskuje się ciepło, które może być przetworzone na inne rodzaje energii, np. energię elektryczną.

46 BIOPALIWO

47 Biopaliwo to przyjazne dla środowiska paliwo powstałe z przetwórstwa produktów organizmów żywych np. Roślinnych zwierzęcych czy mikroorganizmów. Biopaliwo to odnawialne źródło energii. Nie szkodzi naszej planecie tak, jak paliwo kopalniane, a jego uzyskanie jest proste i tanie - do jego produkcji można wykorzystać nawet drewniane odpadki z tartaku. Wykorzystanie biopaliwa jest praktycznie nieograniczone!

48 Może być wykorzystane jako zamiennik paliwa, do ogrzewania, oświetlania budynków i do ogólnej produkcji prądu. Wybraliśmy biopaliwo mając na uwadze jego łatwą i tanią produkcję, a także brak negatywnego wpływu na środowisko.

49 ZADANIA RACHUNKOWE

50 PRACA I MOC PRĄDU ELEKTRYCZNEGO
Zadanie 1 Oblicz pracę prądu elektrycznego o natężeniu 0,4 A płynącego w czasie minuty przez żarówkę w latarce kieszonkowej zasilanej baterią płaską 4,5V. Dane: Szukane: Wzór: U=4,5V W=? W = U ∙ I ∙ t I=0,4A t=60s Obliczenia: W=U∙I ∙ t W=0,4 ∙ 4,5 ∙ 60=108J Odp: Praca prądu elektrycznego wynosi 108 J.

51 PRACA I MOC PRĄDU ELEKTRYCZNEGO
Zadanie 2 Wykres przedstawia zależność mocy od czasu dla pralki automatycznej. Oblicz pracę prądu elektrycznego w czasie prania trwającego 1,5h.

52 PRACA I MOC PRĄDU ELEKTRYCZNEGO
Rozwiazanie Dane (z wykresu) Szukane: Obliczenia: P1 = 2000W = 2kW W = ? P2 = 400W = 0,4 kW W = (P1 ∙ t1)+(P2 ∙ t2) t1 = 0,5h W = (2 ∙ 0,5) + (0,4 ∙ 1) t2 = 1h W = 1,4 kWh Odp: Wartość pracy prądu elektrycznego podczas jednego prania wynosi ,4 kWh.

53 Zadanie 3 Oblicz opór żarówki o mocy 0,1 kW podłączonej do napięcia 230 V.
Dane: Szukane: Wzór: P = 0,1KW=100W I=? I=P/U U = 230V R=? R=U/I Rozwiązanie: I=100/230=10/23 A R=230:10/23=23*23=529 Ω Odp: Opór żarówki wynosi 529 Ω 53

54 Zadanie 4 Jaki ładunek przepływał przez spiralę żelazka, jeśli w ciągu 10 minut płynie prąd o natężeniu 4 A? Dane: Szukane: Wzór: t = 10 minut = 600s Q=? Q=I ∙ t I = 4 A Rozwiązanie: Q= 4A ∙ 600s=2400C Odp: W spirali żelazka przepływa ładunek 2400C.

55 Zadanie 5 Oblicz koszt pracy pralki o mocy 2000 W , której pranie trwa 2 h. Przyjmij że cena 1 kWh wynosi 40 gr. Dane: Szukane: Wzór: P=2000W=2kW Ee=? Ee=P∙t t=2h 1kWh= 40gr Obliczenia: Ee = 2 kW∙ 2h = 4 kWh 1 kWh  0,4 zł x = 0,4∙4 4 kwh  x x = 1,6 zł Odp: Koszt pracy pralki o mocy 2 kW w czasie 2h wynosi 1,60 zł.

56 DOŚWIADCZENIA

57 Badanie zależności natężenia prądu od napięcia
DOŚWIADCZENIE 1 Badanie zależności natężenia prądu od napięcia

58 Potrzebne przyrządy -żarówka -woltomierz -amperomierz - włącznik -3 baterie 1,5 V.

59 Krok po kroku 1. Budujemy obwód według schematu (rys.).
2.Mierzymy napięcie i natężenie prądu. 3. Dokładamy kolejną baterię i odczytujemy wskazania woltomierza i amperomierza 4. Dokładamy kolejną baterię i odczytujemy napięcie i natężenie prądu Krok po kroku

60 TABELA POMIARÓW I pomiar II pomiar III pomiar Napięcie U O,1 V O,2V
Natężenie I 1A 2 A 3A Iloraz U/I 0,1

61 Obserwacje: Wzrost napięcia powoduje jaśniejsze świecenie żarówki.
Wraz ze wzrostem napięcia rośnie również natężenie prądu. Napięcie i natężenie zmieniają się tyle samo razy, Iloraz napięcia i natężenia jest stały.

62 R = Wniosek: Natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do przyłożonego napięcia na końcach przewodnika. Jest to treść prawa Ohma. 2. Iloraz napięcia i natężenia jest stały i równy oporowi

63 Doświadczenie nr 2 Potrzebne przyrządy
Wyznaczenie wartości oporu opornika. Potrzebne przyrządy - amperomierz - woltomierz - bateria - włącznik - opornik - przewody

64 Krok po kroku 1. Budujemy obwód zawierający źródło prądu, woltomierz,
amperomierz i opornik. 2. Mierzymy napięcie i natężenie prądu. 3. Pomiary zapisujemy w tabeli 4. Obliczamy opór ze wzoru R = U : I

65 TABELA POMIARÓW I OBLICZENIA
Wielkość mierzona Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 Wartość średnia I (mA) 38 38 = 0,038A U (V) 4 R=U/I Dane: I = 0,038 A U = 4 V Obliczenia: R = 4:0,038 A= 105,26 Ω Odp. Opór wynosi Ω

66 Doświadczenie nr 3 Wyznaczenie sprawności grzałki czajnika elektrycznego. Potrzebne przyrządy: - czajnik elektryczny, - kubek, - waga kuchenna, - termometr, - stoper, - woda.

67 Krok po kroku 1. Zerujemy wagę i ważymy kubek, następnie nalewamy do niego wody, ponownie ważymy kubek z wodą i wyznaczamy masę wody jako różnicę powyższych pomiarów. 2. Mierzymy temperaturę wody. 3. Następnie wlewamy wodę do czajnika. Zerujemy stoper i mierzymy czas do momentu zagotowania się wody. 4. Wyznaczamy przyrost temperatury wody 100 °C – Tp 5. Odczytujemy moc czajnika 5. Uzyskane dane podstawiamy do wzoru

68 η = ∙100% Sprawność urządzenia obliczamy ze wzoru η = η – sprawność,
η = ∙100% η = ∙100% η – sprawność, Eu– energia zużyta (J), Ed – energia dostarczona w J mw – masa wody (w kg) cw – ciepło właściwe wody (4200 J/kg∙ P – moc czajnika ( w watach) t – czas (w sekundach) liczymy od włączenia czajnika do momentu zagotowania wody ∆T – przyrost temperatury (100

69 Pamiętaj o zamianie na jednostki podstawowe!
Wyniki pomiarów Masa wody z kubkiem = 812,5 g = 0,8125 kg Masa kubka = 162,5 g = 0,1625 kg Masa wody  0,8125 kg – 0,1625 kg = 0,6500 kg Temperatura początkowa wody = 35,7°C Temperatura końcowa wody =100°C ∆T  100°C – 35,7°C = 64,3°C Moc czajnika = 2000 Wat Czas ogrzewania = ≈ 2 minuty = 120 s Ciepło właściwe wody = 4200 J/kg∙˚C Pamiętaj o zamianie na jednostki podstawowe!

70 Wzory: η =Eu/Ed * 100% Eu= m*Cw*∆T Ed= P* t Obliczenia:
Eu = 0,65 * 4200 * 64,3 = J Ed = 2000 * 120 = J η= ( : )* 100% ≈ 73 % Odp. Sprawność grzałki czajnika elektrycznego wynosi 73%.

71 Trochę zabawy z prądem Okazało się , że ogórek, cytryna lub ziemniak również może być źródłem prądu

72 Wycieczka do elektrowni w Zasiekach

73 W tym semestrze realizujemy temat ”Skąd się bierze prąd elektryczny”, dlatego też wybraliśmy się na wycieczkę do elektrowni wodnej w Zasiekach. Pracownik elektrowni oprowadził nas po zakładzie, pokazał generatory prądu, transformatory, akumulatornię . Mogliśmy również zobaczyć jak wygląda praca pracownika tej elektrowni. Poznaliśmy również zasadę działania elektrowni wodnej , jej historię oraz podstawowe dane techniczne. Wyjazd bardzo się wszystkim podobał, choć było zimno.

74 Elektrownia w Zasiekach podstawowe dane techniczne
moc zainstalowana [kW] 820 przełyk instalowany [m3/s] 32 spad nominalny [m] 3,7 średnioroczna produkcja [MWh] 4000 Dane techniczne turbin TG 1 TG 2 typ Kaplan średnica wirnika [mm] 2 100 moc zainstalowana [kW] 410 przełyk instalowany [m3/s] 16

75 Elektrownię w Zasiekach i jaz zasuwowo-zastawkowy wybudowano w 1905 r
Elektrownię w Zasiekach i jaz zasuwowo-zastawkowy wybudowano w 1905 r. W chwili przejęcia elektrowni przez Zespół Elektrowni Wodnych Dychów jedna z dwóch turbin była już trwale nieczynna, natomiast dyspozycyjność drugiej była bardzo niska. Zakończenie modernizacji i przekazanie elektrowni do eksploatacji nastąpiło w 1996 r. Wymieniono wszystkie urządzenia, zarówno budynku elektrowni, jak i rozdzielni. Można powiedzieć, że pod względem wyposażenia technologicznego, zmodernizowana elektrownia jest kopią elektrowni Małomice czy też Sobolice. Jedyną istotną różnicę stanowią czyszczarki krat. Te zamontowane w elektrowni Zasieki - to produkcja Zespołu Elektrowni Wodnych Dychów S.A.

76

77 Bibliografia http://pl.wikipedia.org/wiki/Pr%C4%85d_elektryczny
Francuz – Ornat G., Kulawik T., Nowotny – Różańska M., „Fizyk a i astronomia dla gimnazjum – moduł 3, podręcznik dla gimnazjum część 3, Nowa Era, Warszawa, 2006 „Świat fizyki ” podręcznik fizyki dla gimnazjum, część 3, pod redakcją Sagnowskiej B., ZamKor,

78 78