XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Экологичная энергия ветра

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Осипова В.М. 1

---

1МАОУ "Гимназии №4 имени Героя Советского Союза В. М. Безбокова г. Саратова»

Тарайкович Н.Г. 1

---

1МАОУ "Гимназия №4 имени Героя Советского Союза В. М. Безбокова" Город Саратов

Работа в формате PDF

73.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

На Новый год родители мне подарили конструктор. Но, как оказалось, это был не просто конструктор, а ветряной робот. Он способен двигаться либо за счёт энергии батареек, либо за счёт ветра. Именно он натолкнул меня на мысль, заняться изучением энергии ветра.

Для человечества электроэнергия жизненно необходима. Но большинство традиционных источников, которые способны дать эту энергию не экологичны, сложно добываются, имеют свойство заканчиваться. Поэтому поиск альтернативных экологичных, неисчерпаемых источников энергии всегда актуален.

Цель работы: исследовать энергию ветра опытным путём и с помощью наблюдений, оценить экологичность энергии ветра и её потенциал для будущего.

Объект исследования: энергия ветра.

Предмет: возможность получения самого экологичного безвредного источника энергии для людей и окружающей среды.

Методы исследования: изучение источников, содержащих информацию об объекте исследования, наблюдения, опытный метод, анализ собранной информации, синтез.

1. Энергия

1.1 Понятие энергии

Тепло, свет, движение, вся жизнь – это энергия. Она существует повсюду. Ею пропитан весь мир.

Автомобилю нужна энергия. Он её получает от топлива, например, бензина.

Растениям необходима энергия. Они ее берут от солнышка, из почвы (минеральные соли), из воздуха (углекислый газ).

Организм человека нуждается в энергии, без неё мы бы не смогли ходить, прыгать, бегать, думать и даже спать. Мы берём энергию из пищи, которую едим.

Всем нужна энергия, чтобы жить, чтобы дышать, чтобы двигаться. Энергия дает нам свет, тепло, связь.Само слово «энергия» пришло из греческого языка и означает «действие». Простыми словами энергия – это физическая величина, характеризующая способность тел совершать работу.

Термин «энергии» ввёл в физику английский учёный Т. Юнг в 1807 г.

Учёные доказали, что энергия никуда не исчезает, а переходит из одной формы в другую.

1.2 Виды энергии

Традиционно выделяют: тепловую, электрическую, химическую, механическую, атомную, световую.

Энергия ветра – это механическая энергия движущегося ветра.

Например: открыл окно, тетрадки разлетелись по комнате; «Завяжи шарфик, а то тебя продует» - советует мама; мощные ветреные торнадо целые города разрушают.

Рассмотрим, какую пользу приносит ветер.

Ветряные мельницы применялись ещё в Древнем Египте 3,5 тысячи лет до н. э. для помола зерна и подъема воды, парус применяется для движения кораблей по воде, веер и вентиляторы для прохлады в жару, фен для сушки волос, ветрогенираторы для извлечения электричества из ветра.

2. Энергия ветра

2.1 Почему ветер дует

Ветер – это движение воздуха оттуда, где его много туда, где его мало. Т.е. из области высокого давления в область низкого. Это хорошо видно, когда в прогнозе погоды по телевизору показывают карту осадков, а на ней большие круги с буквами В и Н. Это как раз такие области. Буква «Н» указывает на область низкого давления (циклон), которая характеризуется повышенной облачностью, сильным ветром, высокой температурой и вероятностью осадков. Буква «В» обозначает область высокого давления (антициклон), которая характеризуется ясной и безветренной погодой с низкой вероятностью осадков. Разность давления приводит воздух в движение. А если разность большая, то ветер сильно разгоняется и получается ураган, который всё сносит на своём пути.

Опыт с теннисным шариком хорошо демонстрирует это утверждение. Шарик для пинг-понга устойчиво парит в вертикальной струе воздуха (фен). В струе воздух движется, скорость большая, значит давление воздуха маленькое. Снаружи струи воздух покоится, скорость маленькая, значит давление большое, атмосферное. Разность давлений удерживает шарик в струе.

Неужели воздух такой плотный. Ведь он не только шарик может удержать, а даже целый самолёт.

На самом деле, воздух не очень плотный, сила его сопротивления зависит от скорости. Когда мы спокойно гуляем, скорость маленькая и воздух не мешает идти, а если на байке поедешь, то ветер в лицо сильно дует и сопротивление воздуха совершенно по-другому чувствуется.

Так и с самолётом. Воздух под крылом движется медленнее, чем над крылом и разность давлений удерживает крыло и весь самолёт в полёте. Но для этого самолёту необходимо набрать высокую скорость. Поэтому в аэропортах такие длинные взлётно-посадочная полосы строят.

2.2 Плюсы и минусы энергии ветра

Люди стараются максимально полезно использовать энергию ветра. К примеру, ещё в 1888 году шотландский инженер и ученый Джеймс Блайт построил и установил на своём загородном участке первую ветроэнергетическую установку (ветрогенератор) для того, чтобы использовать силу ветра для зарядки аккумуляторов, питающих электроэнергией коттедж. Ветрогенераторы превращает энергию ветра в электричество. Их использую как для промышленных целей, так и для бытовых.

Безусловными плюсами энергии ветра считаются:

- никакие природные ресурсы не расходуется, а электричество вырабатывается;

- дополнительное сырьё не нужно

- отходов никаких;

- экологичность.

Но существуют и минусы:

- ветер дует не всегда;

- ветряки очень шумят, поэтому в населённых пунктах их не установить

- стоять должны в чистом поле и требуют много места с определённой розой ветров.

2.3 Наблюдение. Построение розы ветров

Ветер не постоянен. То дует, то не дует. И не понятно куда.

Чтобы разобраться, куда дует ветер для эффективного использования его энергии можно использовать розу ветров.

Роза ветров показывает, в какую сторону ветер дует часто, а в какую реже. Её можно сделать каждому. Для этого понадобиться флюгер - это устройство, которое поворачивается туда, куда дует ветер. Мастерим флюгер. Его можно поставить на балкон и разметить стороны света. Там, где солнце встаёт – восток. Если лицом стоять к востоку, то справа будет юг, слева север, а позади запад. Теперь в течении 4 недель декабря 2024 года каждый день смотрим, куда флюгер поворачивается чаще в какую сторону и записываем это в тетрадь (Рис 1)

Рис.1. Таблица наблюдений за направлением ветра

с 1 по 28 декабря 2024 г.

После проведённых наблюдений рисуем розу ветров. В какую сторону чаще дует, туда направляем длинный лепесток. И наоборот, туда, где ветер дует реже, рисуем короткий лепесток (Рис. 2).

Рис. 2. Роза ветров. Саратов с 1 по 28 декабря 2024 г.

С

СЗ СВ

З В

ЮЗ ЮВ

Ю

Построенная мною роза ветров показывает, что в наблюдаемом периоде в нашем городе преобладали юго-западные ветра. Именно с юго-запада преимущественно приходил воздушный поток в Саратов в декабре 2024 года.

Многолетние наблюдения в определённой местности позволяет вычислить закономерность движения воздуха. Эти данные учитываются при строительстве различных объектов (аэропортов, населённых пунктов, установки ветрогенераторов), а также решаются прочие хозяйственные задачи.

2.4 Опыт с ветророботом.

То, что энергия ветра способно приводить в движения самолёты и другую технику, в том числе доказывает мой опыт с ветряным роботом.

Робот собран из пластмассовых и металлических частей. Он оснащён вентилятором и батарейками. Двигаться может двумя способами. С помощью энергии, которую дали роботу мизинчиковые батарейки (гальванические элементы), или с помощью природной энергии ветра.

Когда ветер дует (на улице, вентилятор или фен) на пропеллер, он крутится и преобразует кинетическую энергию силы ветра в энергию вращения. Вращение заставляет крутиться шестеренки, что приводит робота в движение.

Данная модель робота наглядно нам демонстрирует экологичную энергию ветра. Как известно батарейки очень ядовитые. Их нельзя просто выкидывать в мусор. Они должны перерабатываться и утилизироваться. А ветер, который заставляет робот двигаться, безвреден для окружающей среды.

3. Значение ветра в сохранении экологии планеты

Энергию ветра по праву можно считать самой экологичной (чистой).

Во-первых запасы энергии ветра неисчерпаемы, в отличии от нефти, газа или древесины. Запасы энергии воздуха в 100 раз больше, чем у всех рек мира.

Во-вторых, во время выработки энергии ветряками нет вредных отходов. Не секрет, что существует много других способов производить электроэнергии. Например, атомные станции. Но от них много ядовитых отходов. И в случае аварии может случиться экологическая катастрофа, как это произошло в Чернобыле. Кроме того, такие отходы требуют тщательного захоронения.

При сжиживании природного газа выделяются вредные вещества в атмосферу, хотя всё-таки природный газ считается экологичным топливом.

Мазут, уголь, нефть – тоже приносят природе ущерб. Пример тому экологическая катастрофа, которая произошла в Керчи в декабре 2024 г. Два танкера, перевозивших несколько тонн мазута, потерпели кораблекрушение. Они развалились пополам в момент сильной морской бури. В результате огромное количество мазута попало в море и на побережье. Это всё повлекло гибель многих животных и растений в море и на суше.

В-третьих, ветер в отличии от гидроэлектростанций не меняет русла рек и не требует затопления очень больших территорий земли для водохранилищ, что влияет на животных и растения прилегающих территорий. Например, при строительстве Саратовской ГЭС в г. Балаково многие животные и растения исчезли навсегда. Это не экологично.

В-четвёртых, компании, которые занимаются ветроэнергетикой, в силу экологичности ветра, не должны очищать воду и почву в месте добычи, в отличии от организаций, которые занимаются добычей природных ресурсов. Они обязаны очищать воду и почву в месте добычи случае, если произошло какое-то загрязнение.

Таким образом, основное преимущество ветроэнергетики заключается в том, что это один из самых экологически безопасных способов получения энергии.

Заключение

Сможет ли когда-нибудь энергия ветра заменить все другие источники электричества.

Это вряд ли. Нужно, чтобы ветер дул сильно и всегда. Такие условия редко встречаются на нашей планете. В нашей стране считается, что только на Азовском море можно использовать ветер для электричества. А ещё эти ветрогенераторы очень громко гудят, так, что животные не любят рядом с ними находиться и разбегаются. Это меняет фауну, а со временем и флору на местности под ветряками. Поэтому всё же ветряные установки экологически не идеальны. Но перспективы у ветра всё равно огромные. Электричество из ветра – это сила. Природные ресурсы нашей планеты могут иссякнуть. А ветер вечен.

Дело осталось за малым, только придумать, как накапливать огромную разрушительную энергию из сильных ураганов и торнадо, а потом применять её в созидательных целях для человечества. Чтобы эту энергию можно было, потом использовать в безветренные дни. И чтобы без света не сидеть.

Список использованной литературы

1. Большая энциклопедия эрудита/ перевод с английского: Д. Богомолов [и др.]. - Москва : Махаон, 2014. - 487 с.

2. А. Сковроньская «Ветер» - Москва: Белая ворона, 2024. – 64 с.

3. Л. Андрей «Ветрогенераторы: принцип действия и устройство» [электронный ресурс]. - Режим доступа: https://energo-souz.ru/articles/kak-ustroen-vetrogenerator/?ysclid=m5prhvrxwv839906037 на 09.01.2025 г.

4. Ю. Козинцева «Альтернативные источники энергии. Насколько экологичны электростанции будущего?» [электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lenta.ru/articles/2023/11/29/alternativnye-istochniki-energii/ на 09.01.2025 г.

5. В. Мезенцев «Ветер» [электронный ресурс]. - https://royallib.com/book/mezentsev_vladimir/veter.html на 09.01.2025 г.

6. Утилизируй правильно: куда уезжают старые батарейки [электронный ресурс]. – Режим доступа: https://dzen.ru/a/YTC7mElW20ggB2Oq на 09.01.2025 г.