XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Филиппинский фонарик

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Рахышова Н.А. 1

---

1ГУ " Гимназия № 3 для одарённых детей" города Павлодара

Филонова Е.В. 1Брус Т.М. 1

---

1ГУ " Гимназия № 3 для одарённых детей" города Павлодара

Работа в формате PDF

5.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

«Наука способна расширить границы каждого государства, не сужая границы соседей, и увеличить благосостояние каждого народа,

ничего не забирая у других»

Уинстон Черчилль

Актуальность

На сегодняшний день самой актуальной проблемой 21 века является экологическая обстановка. Ежедневно человеку в современном мире просто необходима электрическая энергия. В ней нуждаются абсолютно все, не только большие предприятия, но и каждый дом. Для ее выработки ежегодно тратится большое количество средств, именно из-за этого счета за электроэнергию постоянно растут.

  Ископаемые ресурсы, которые мы используем, относятся к не возобновляемым источникам энергии. Человечество с каждым годом использует всё больше этих ресурсов, и это приведет к полному их истощению. При переработке и сжигании данных ресурсов выделяется большое количество парниковых газов, что негативно влияет на озоновый слой.

У альтернативных источников таких недостатков нет, они достаточно экологичны и практически неисчерпаемы, поэтому их называют возобновляемыми источниками энергии.

Свою тему считаю актуальной, потому что без источников энергии жизнь человека трудно себе представить. Традиционные источники энергии — нефть, газ, каменный уголь, дрова — со временем иссякнут. По некоторым оценкам, это произойдет уже в ближайшие десятилетия. Проблема перехода от традиционных источников энергии становится всё более актуальной с каждым годом. Традиционные источники энергии истощаются, поэтому так важно найти новые источники энергии, не связанные с углеводородным или ядерным топливом, более безопасные с экологической точки зрения.

И тут у меня возник вопрос: «А смогу ли я найти и создать «зеленую» энергию?». В научно-публицистических статьях я прочитала о том, что есть такие уголки на Земле, где полностью или частично отсутствует электроэнергия. Тогда я призадумалась, как же люди выходят из такого положения. Каким образом они освещают свое жилище? В интернете я нашла интересные факты о том, как можно получить энергию и подумала о том, что могу создать свой собственный источник энергии. Который будет безопасный, экономичный, а главное – его можно собрать из подручных средств, проявив смекалку и изобретательность. Бывают же в жизни ситуации, когда отключили свет дома или вы отправились в поход. Так и появилась тема моего проекта «Филиппинский фонарик».

Цель проекта: Изучение альтернативных источников электрической энергии и создание светильника на солнечной батарее, экологически чистого,

безопасного и экономичного.

Гипотеза. Если создать светильник на солнечной батарее, то возможно появится альтернативный источник энергии, который станет выгодной и безопасной заменой традиционным.

Задачи проекта:

- Исследование, изучение научной литературы по данной теме.

- Изучение различных альтернативных источники энергии.

- Создание простейшего светильника из подручных средств с применением энергии солнца.

Этапы работы:

На 1 этапе

-Изучила литературу об источниках энергии.

-Провела различные эксперименты и опыты.

-Сформулировала выводы.

На 2 этапе

-Провела опрос одноклассников на тему «Что мы знаем о зелёных источниках энергии?»

-Поделилась полученными знаниями с одноклассниками.

-Показала, что овощи-фрукты могут вырабатывать энергию.

На 3 этапе

-Создала светильник с применением энергии солнца.

Объектом исследования являются альтернативные источники энергии.

Предметом моего исследования стал филиппинский фонарик.

I ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В КАЗАХСТАНЕ

Альтернативные источники энергии- это способы, устройства, сооружения, которые позволяют получать электрическую энергию и заменяющие собой источники энергии, функционирующие на природном газе, угле, нефти.

Классификация альтернативных источников энергии:

1 Ветряные- преобразуют в энергию движение воздушных масс

2 Солнечные- электромагнитное излучение солнца

3 Гидроэнергетические- движение воды

4 Геотермальные- преобразую в энергию тепло планеты

5 Биотопливные- преобразуют теплоту сгорания возобновляемого топлива(торф, помет и т.д.)

6 Приливные- энергия морских и океанских приливов, на которой работают приливные электростанции.

Использование солнечной энергии в Казахстане

Солнце является почти неисчерпаемым источником энергии, которое нам доступно практически в неограниченном масштабе – экологически чистая и бесплатная энергия. Солнце излучает в направлении Земли 960 миллиардов кВт-часов ежедневно. Это количество энергии может теоретически удовлетворять мировые энергетические потребности в течение 180 лет.

Казахстан – страна богатая различными минеральными ресурсами; нефть, газ и уголь являются наиболее важными для экономики страны. Поэтому с момента обретения независимости, правительство Казахстана в основном развивало ископаемые источники топлива, а не альтернативные источники энергии. Однако из-за своего географического положения у страны есть большой потенциал для развития возобновляемых источников энергии. Тем не менее, в настоящее время 75% энергии вырабатывается угольными электростанциями, что в значительной степени способствует загрязнению воздуха, причиняя вред здоровью и благополучию населения, а также влияя на климат и окружающую среду. Вдобавок ко всему, большинство угольных электростанций, действующих со времен Советского Союза, устарели и имеют низкий уровень эффективности производства энергии.

Лишь недавно в стране началась активная разработка политики, направленной на развитие возобновляемых источников энергии. Таким образом, недавний финансовый кризис вызванный нестабильными ценами на нефть в настоящее время также усугубился глобальной пандемией. Следовательно, необходимость уменьшения зависимости от ископаемого топлива, а также воздействия на окружающую среду побудила руководителей стран всего мира, включая правительство Казахстана, обратить более пристальное внимание на развитие возобновляемых источников энергии. Таким образом, сегодня развитие возобновляемых источников энергии является важной и существенной темой, которая охватывает государственную политику, экономику, инновации и науку.

В Казахстане уже есть солнечная электростанция. СЭС «Нура» (в переводе с казахского «свет», «луч солнца») введена в эксплуатацию 29 мая 2020 года в Акмолинской области Республики Казахстан. Проект реализован при поддержке Евразийского банка развития. Прогнозная годовая выработка CЭС «Нура» составит 150 млн кВт*ч, что позволит избежать 79,5 тыс. тонн выбросов CO2 в атмосферу и внесёт существенный вклад в достижение цели страны по получению 50% электроэнергии из ВИЭ к 2050 году.

Я узнала, что даже в Павлодаре есть ветряные мельницы и солнечные батареи (на территории ПГУ), которые вырабатывают энергию для нужд Университета.

Ветряные мельницы, солнечные батареи в ПГУ

им.С.Торайгырова, г. Павлодар

Энергия ветра

В современном мире особенно огромен потенциал ветровой энергии. Не зря она уже играет важную роль в энергетическом балансе более 70 стран мира, сделавших ее использование одним из главных приоритетов национальной энергетической политики.

По оценкам специалистов, ветер – возобновляемый и практически неисчерпаемый источник энергии. Крупные ветряные турбины не производят угарного газа и углекислоты. Они малозатратны при обслуживании, снижают зависимость потребителей от природного топлива, гидроресурсов и атомных реакторов. Объекты ветроэнергетики можно использовать как дополнение к традиционным теплои гидростанциям, АЭС. Это диверсифицирует систему электроснабжения страны. Ветрогенераторы можно устанавливать повсюду: как на земле, так и в водоемах. Даже самые большие ветростанции занимают настолько мало места, что в зоне их работы можно развернуть любую производственную деятельность, к примеру, заниматься сельским хозяйством. Ветряки абсолютно безвредны для окружающей среды, срок их службы рассчитан на 20 лет. Как показывает мировая практика, по истечении этого времени несложно будет заменить старое оборудование на новое, а значит, продлить жизнь ветростанции.

В Акмолинской области успешно работает первая ветровая электростанция Казахстана. Больше чем за год она произвела 193 миллиона киловатт энергии. Эксперты считают, что использование ветрового потенциала позволит ежегодно экономить свыше 100 тыс. тонн угля и предотвратить вредные выбросы в атмосферу.

Первая в Казахстане ветровая электрическая станция находится в 3 км от города Ерейментау. 22 ветротурбины мощностью 45 мегаватт работают абсолютно безопасно для экологии. Место расположения тщательно выбирали - в степях Акмолинской области главного источника энергии - ветра всегда в избытке.

«Зеленая энергия»

Растения считаются солнечными батареями, только естественные. В процессе фотосинтеза молекулы пигментов, находящиеся в мембранах тилакоидов, поглощают энергию солнечного света и преобразуют ее в энергию химических соединений.

Голландские ученые придумали метод выработки электроэнергии, который не повреждает растение или плод. Они производят посадку растений особого вида в обособленные пластиковые контейнеры. Здесь «живые батареи» интенсивно набирают рост, вырабатывая сахаристые соединения. Причем количество такого сахара самим растениями усвоиться не может, из-за чего его излишки через корневую систему уходят в почву. Здесь сахар, выработанный растениями, начинает активно разлагаться бактериями и взаимодействовать с атмосферным кислородом. Возникающая химическая реакция генерирует множество свободных электронов. Погруженные в почву электроды превращают эти элементы в электрический ток. Добытое таким способом растительное электричество способно подзарядить аккумуляторы мобильных электронных устройств, подпитать точки доступа Wi-Fi, обеспечить работы светодиодных осветительных приборов.

4 Водоросли вместо нефти

В отличие от некоторых проектов сырья для биотоплива существуют только на бумаге, то водоросли уже готовы стать полноценным источником энергии. При проведении экспериментов, выяснилось, что переработанная биомасса морских водорослей практически идентична по своим свойствам сырой нефти. «Водоросли отличаются от других растений высокой продуктивностью и большим содержанием энергии в биомассе, — объясняет Александр Соловьев, заведующий Лабораторией возобновляемых источников энергии при географическом факультете МГУ. — Кроме того, они растут в воде, а значит, не требуют земельных площадей». По оценкам эксперта, всего гектар водной поверхности, занятый водорослями, каждый год может вырабатывать объем биогаза, которого хватит небольшому поселку.

Поэтому стремительно наступает эра недорогих, экологически чистых, бесконечных по запасам источников энергии. Ветер, Солнце, геотермальные ресурсы, биомасса-все это уже сейчас используется эффективно и действенно в энергетике.

Проанализировав литературу и исследовательские работы я выяснила, что тема по поиску альтернативных источников энергии далеко не новая. Но люди пока еще на начальном пути к созданию выработке «зеленой энергии». К сожалению, уголь, газ, нефть-это все иссекаемые источники энергии и рано или поздно они закончатся, поэтому так важно найти новые безопасные, и самое главное, неиссякаемые источники энергии. И уже сегодня нужно вкладываться в разработку новых « зелёных электростанций», чтобы наше будущее поколение не вымерло, потому что электроэнергия в наше время является одним из главных двигателей жизни.

«Зеленая энергия» не только будет более экологична по отношению к озоновому слою нашей планеты, но и менее затратна, а самое главное будет неиссякаемой.

Вывод: Человечество на данном этапе развития не может существовать без энергетики. Все процессы, так или иначе, связаны с ней. И неизменно то, что доля потребления энергии всегда возрастает. Традиционные источники энергии уже не способны удовлетворить бесконечные энергетические потребности без помощи нетрадиционных.

II. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

Исходя из целей и задач моего проекта, я определила следующие этапы работы:

1. Изучить какие виды альтернативной энергии известны миру.

2. Провести ряд опытов, чтобы узнать могут ли овощи и фрукты вырабатывать энергию.

3. Провести анкетирование с целью определения того, что знают дети об альтернативных источниках энергии.

4. Провести повторное анкетирование с целью выявления того как, изменились знания школьников об альтернативных источниках энергии, а также, узнать, помог ли проведённый опыт узнать новое об «зеленой» энергии.

5. Создать «зеленый» светильник.

На первом этапе своей работы я изучила литературу об альтернативных источниках энергии. Еще посетила ПГУ им. С. Торайгырова, чтобы поближе познакомиться с ветряными мельницами и солнечными батареями. Узнала, что благодаря солнечным батареям и ветряным мельницам освещается спортивный блок в университете.

Так же я побывала в Музее Энергии будущего «Нур-Алем» в Нур-Султане, так как он отлично раскрывает тему энергии будущего. В нем было представлено множество новейших разработок по выработке энергии. На самом верхнем 8 этаже представлен «Будущий Нур-Султан». Здесь расположены проекты по получению энергии из альтернативных источников, а также ветра, солнца и воды. В будущем только пятая часть энергии будет добываться из не возобновляемых источников.

На втором этапе мною было предложено одноклассникам ответить на вопросы анкеты. Мне хотелось узнать о том, знают ли дети об источниках альтернативной энергии. Что может вырабатывать такую энергию? Смогут ли ребята рассказать о «зелёной энергии»? Какие продукты способны вырабатывать энергию и могут ли назвать эксперименты, способные доказать эту точку зрения.

У многих ребят возникали вопросы на непонятную им тему.

Анкетирование показало (Приложение 1), что только один ребенок знает все альтернативные источники энергии, один ребенок знает два источника, а 22

одноклассника указали по одному источнику энергии. Результаты опроса показаны в диаграмме 1.

После анкетирования я показала детям опыты с картошкой и лимоном. Презентовала информацию об альтернативных источниках энергии.

После решила еще раз спросить о том, что узнали нового для себя мои одноклассники. Результаты повторного опросы представлены в диаграмме ниже.

И оказалось, что после моей презентации, одноклассники больше узнали об альтернативных источниках энергии и 98,6 % ответили правильно на вопросы.

Вывод: детямпонравилась моя презентация, проведенные опыты, благодаря которым они узнали, что лимон и картофель могут вырабатывать энергию.

После я решила провести дома опыт и сравнить, какой овощ или фрукт вырабатывает больше энергии? Для опыта мне понадобились лимон, картошка, яблоко, оцинкованный шуруп, медная монета и амперметр.

Для начала я вкрутила стальной шуруп (это «-» нашей батарейки) с одной стороны и воткнула медную монету с другой стороны (это «+» нашей батарейки). Сок картофеля, яблока и лимона содержат в себе растворенные соли и кислоты, которые являются, по сути, естественным электролитом. Электричество вырабатывается благодаря химическим процессам между медью, цинком и кислотой.

Вывод: исследования показали, что наибольшую силу тока вырабатывает картофель, а наименьшую, яблоко. Наибольшее напряжение вырабатывает лимон и картошка, наименьшее яблоко.

На третьем этапе своей работы, мне пришло в голову попробовать соорудить осветительный прибор из пластиковой бутылки и воды, он называется «филиппинский фонарик». Название этого устройства неслучайно. Дело в том, на многие из жителей Филиппин и сегодня живут в городских трущобах, в которых нет даже окон. Для освещения и вентиляции они используют открытые двери. Только в Маниле, столице Филиппин, таких помещений более 3 миллионов.
Такой простой фонарик в солнечный день дает столько же света, как и электрическая лампочка мощностью в 50 Вт. Идея такого фонаря заключается в том, что бутылка наполовину помещается в отверстие в крыше, а нижняя часть остается под крышей, внутри помещения. Верхняя часть лампочки захватывает солнечный свет, а нижняя часть рассеивает его в помещении. И главный недостаток такой лампочки в том, что ее использовать можно только в дневное время, когда ярко светит солнце.

Попробуем сделать опыт. А правда вода будет рассеивать свет достаточно сильно, чтобы осветить помещение? Для начала мы сконструировали макет дома. В крыше сделали круглое отверстие. В это отверстие поместили бутылку объёмом 0,5 литров, наполненную водой.

Далее включаем фонарик (представим, что это солнце), поднимаем его над крышей нашего дома и видим, что действительно вода рассеивает свет и освещает нашу комнату.

Вывод: Вода действительнохорошо пропускает свет и рассеивает его. Благодаря этому свойству, такой простой по сборке фонарь можно использовать в повседневной жизни.

И тут возник еще один вопрос, а что если такая лампочка будет светить и в ночное время? Тут на помощь пришел уже папа. Мы решили присоединить к бутылке светодиодную лампочку и солнечную батарею. По моей задумке, вода должна рассеивать свет от лампочки и освещать помещение в темное время суток.

Вывод: заряжая лампочку от солнечной батареи, вода хорошо рассеивает свет от нее, тем самым освещая наше помещение в темное время суток, при этом не нужно использовать традиционные источники энергии.

А теперь посчитаем затраты на наш филиппинский фонарик. Посмотрим выгодно ли его использовать, есть ли в этом польза?

Вывод: простейшийфонарик обходится бесплатно, его можно использовать в закрытых помещениях, но минус такого фонаря в том, что он работает только в ясный день, пока светит ярко солнце. Затраты на наш усовершенствованный филиппинский фонарик составили 1050 тг, плюсы такого фонарика в том, что его можно использовать не только в дневное время, но и в ночное, потому что лампочка работает от солнечной батареи, но и самый главный плюс-это экологичное использование, он совсем не вредит окружающей среде.

Заключение

Таким образом, я затронула острую тему нашего времени, так как человечество использует активно не возобновляемые источники энергии. Казахстан занимает седьмое место в мире по разведанным запасам нефти. При нынешних темпах потребления обеспеченность разведанными запасами достигает по различным данным от 70 до 90 лет. А что тогда ждет наше будущее поколение? Поэтому считаю нужным внедрять в нашу жизнь альтернативные источники, которую мы можем получить путем преобразования из возобновляемых источников. Во-первых, развитие и использование данных источников благоприятно влияют на экологическую обстановку в мире.

Во-вторых, в будущем нехватка традиционных ресурсов может сильно сказаться на рынке, возможно, будет мировой энергетический кризис, поэтому очень важно начать сейчас развивать нетрадиционные источники энергии, чтобы через несколько десятков лет, не допустить экономического коллапса. Все больше людей начинают использовать независимые источники энергии, учитывая особенности географического положения своей местности.

Важно также отметить, что ведущие мировые корпорации всецело поддерживают переход на возобновляемые источники энергии, вкладывая в эту отрасль огромные суммы. Так компания «Apple» является крупнейшим владельцем солнечных электростанций, которые обеспечивают работу абсолютно всех ее дата-центров. Компания «IKEA» также перешли на солнечную и ветряную энергию на своем производстве. «Компания IKEA стремится к 2030 году стать полностью благоприятной для климата, опираясь на возобновляемые источники энергии. Мы верим, что будущее энергетики — за возобновляемыми источниками, и мы хотим сделать «чистую» электроэнергию более доступной для всех», — подчеркнул Ян Гардберг, менеджер по новому розничному бизнесу Ingka Group.

Создав свой усовершенствованный филиппинский фонарик, я доказала, что «зеленая» энергия недорогая, но при этом безопасная для всей нашей планеты. Он может быть широко использован: в походе, в гараже, хозяйственных постройках (куда нет возможности проводить электричество), уличных туалетах и т.д.

И благодаря активному внедрению альтернативных источников энергии, мы сохраним нашу планету от опасных выбросов, которые загрязняют атмосферу и образуют озоновые дыры.

Взяв за основу этот мой проект, в перспективе я хочу создать биоэнергетическую установку, которая будет вырабатывать биогаз. Человек находится в начале пути внедрения «зеленой» энергии. Мы должны спасать нашу планету, а благодаря таким знаниям, будет сделать это легче!

В заключение, хочется сказать, что моя гипотеза: Если создать светильник на солнечной батарее, то возможно появится альтернативный источник энергии, который станет выгодной и безопасной заменой традиционным-подтвердилась!

Хочу закончить свой проект словами Дениса Габора: «Будущее нельзя предвидеть, но можно изобрести». Так давайте же изобретем новое экологичное будущее!

Список использованной литературы

1.Энциклопедический словарь юного физика. -М.: Педагогика, 1991год.
2. Энциклопедии «История открытий» серии «Росмэн», 2013 год.
3. http://www.wikipedia.org
4. http://dev.planetseed.com/ru/node/28491
5. http://chemistry-chemists.com/Video/Fruit-battery.html
6. http://lemonlife.ru/kreativ_iz_limonov/batarejka_iz_limona
7. http://gadgetforgeek.com.ua/sdelat-gadget-svoimi-rukami-fruktovye-chasy
8. http://obozrevatel.com
9. Карл Снайдер. Необычная химия обычных вещей (3-е изд.), 1998 год.

10.Веб сайт SolarGIS, Карта солнечного излучения. Солнечное излучение в разных частях планеты.

11.Городов Р.В. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Р.В. Городов, В.Е. Губин, А.С.Матвеев. - 1-е изд. -, 2009 год.

12.Гричковсая Н.В., Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Оценка потенциала солнечной энергии для разработки энергоэффективных зданий в условиях муссонного климата, 2008 год.

13 Качур Е.А. «Увлекательная физика»,2021 год.

14 Никонов А., «Увлекательно о физике в иллюстрациях»,2021 год.

Приложение 1

ФИ_______________________________________________ 4 «Б» класс

Что из этого является источниками альтернативной энергии?

А) Ветер Б) Вода В) Солнце Г) Небо

2. Что из этого вырабатывает альтернативную энергию?

2. А) Ветряная мельница Б) Солнечные батареи В) Лампочка

Г) Гидроэлектростанция

3.Что такое «зеленая энергия»? _________________________________________________________

4. Как ты думаешь, будет ли вырабатывать энергию лимон?

А) Да Б) Нет

5. Были ли полезны и познавательны для тебя проведенные опыты?

А) Да Б) Нет

Приложение 2

ДНЕВНИК НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Тема исследования «Филиппинский фонарик»

Ф.И. ученика Рахышова Нияра

Школа, класс Гимназия для одаренных детей №3, 4 «Б»

Ф.И.О. научного руководителя Филонова Алена Владимировна,

Брус Татьяна Михайловна