Energiasuli

Bevezetés

A mai órán az anyag elégetése során keletkező energiát vizsgáljuk meg. Mindenki tapasztalta, hogy ha meggyújt egy gyufát, vagy a tábortűz közelébe húzódik, akkor az égő anyagok környezete melegebb lesz. Ez azért van, mert az égés során energia szabadul fel, és ez a környezet belső energiáját növeli. Vizsgáljuk meg, mitől függ a felszabaduló energia nagysága?

Tanári kísérlet

Mutassuk be Bunsen-égő segítségével a földgáz égését, egy meggyújtott papírlap égését és egy fémtálba öntött kevés denaturált szesz égését.

Figyeljétek meg a különböző halmazállapotú anyagok égését!

Tapasztalat

Mit tapasztaltatok?

Tapasztalatunk szerint mindhárom halmazállapotú anyag képes az égésre, különböző mértékű hő- és fényjelenségek kíséretében.

Az égéshő

Láthattátok, hogy különböző anyagokat meggyújtva, azok különböző mértékben növelték környezetük hőmérsékletét, belső energiáját. Ha minden anyagból ugyanannyi mennyiséget égetünk el, akkor az anyag fajtájából következtethetünk a felszabaduló energia nagyságára. Az értékesebb (tüzelő)anyagoknak nagyobb a fűtőértékük. A fűtőérték, más néven égéshő azt mutatja meg, hogy mennyi hőenergia szabadul fel 1 kg anyag teljes elégetése során.

Feladatok

Nézzétek meg a tankönyvetekben lévő égéshő táblázatot! Milyen anyagokat választanátok a házatok, lakásotok fűtésére? Melyeket kevésbé?

Számoljátok ki, hogy mennyi energia szabadul fel egy 50 g tömegű szerelmes levél tűzbe dobásával!

Egy tábortűz alkalmával a tűz a környezetét 54 000 kJ energiával melegítette. Mennyi fát hordtak a gyerekek a tábortűzhöz?

Olajat önt a tűzre. Biztosan ismered a mondást. Ez mennyi energiát „jelent”, ha 1 dl olajról van szó?

Alkalmazás

A különböző tüzelőanyagokat a fűtés mellett elektromos áram termelésére is használják. A hőerőművekben a tüzelőanyagot elégetik, az égés során felszabaduló hő felforralja a vizet, melynek gőze hajtja a generátort, ezzel áramot termelve.

Számold ki, hogy mennyi szenet kell az erőműben elégetni ahhoz, hogy a számítógéped 3 órán keresztül üzemeljen! A számítógéped másodpercenként kb. 300 J energiát igényel.

Az erőművek azonban nem működnek tökéletesen. Ez azt jelenti, hogy a szükséges energiához a kiszámolt tüzelőanyag 8-10-szerese kell. És azt se felejtsétek el, hogy az égés során a környezetünkre és az egészségünkre káros anyagok is keletkezhetnek.

Milyen javaslataitok vannak arra, hogy az erőművekben minél kevesebb tüzelőanyagot kelljen elégetni? Ti mivel tudnátok hozzájárulni az energiatakarékossághoz?

Összegzés

Láthattátok, hogy az anyagok elégetése során sok energia szabadul fel, amit fűtésre vagy áramfejlesztésre is fel lehet használni. Az égéshő segítségével megállapíthatjátok, hogy milyen tüzelőanyagot érdemes választani, azonban mindig tartsátok szem előtt, hogy az égés melléktermékei károsítják környezetünket. Takarékoskodjatok az energiával!

Bevezetés

A mai órán arról fogunk tanulni, hogy hogyan tudjuk eljuttatni az előállított elektromos áramot az erőműtől a háztartásokig. Ha megkérdeznének benneteket erről, biztos mindenki azt válaszolná, hogy távvezetékeken. A helyes válasz azonban ennél bonyolultabb.

Problémafelvetés

Számoljátok ki, mekkora ellenállása van egy 2 mm² keresztmetszetű rézvezetéknek, mely a Paksi Erőműtől Budapestig ér! A Paks – Budapest távolság 100 km.

Láthatjuk, hogy a távvezetékek jelentős ellenállást képviselhetnek egy hálózatban.

Most számoljátok ki, hogy egy nap alatt mennyi hőenergia fejlődik a vezetéken! Ez az energia számunkra nem hasznosítható, energiaveszteségként jelentkezik. Használjátok az E=U*I*t képletet, és azt, hogy a hálózati feszültség 230 V.

A számításotokból kiderült, hogy a távvezetékeken jelentős mennyiségű energia veszhet el.

Az energiaveszteség csökkentése

Gondolkozzatok el azon, melyik paraméter, melyik tényező változtatásával lehetne csökkenteni a veszteségeken! Ehhez először alakítsuk át az előző képletet! Az Ohm törvényét felhasználva helyettesítsük be az U helyébe az R*I szorzatot! E=R*I²*t

Vajon lehet-e a felhasználó idejét csökkenteni? Hát, senki nem örülne neki.

Lehet-e csökkenteni a távvezeték ellenállását? Igen, három módon is. Kis fajlagos ellenállású vezetéket választunk, a réz megteszi. A vezeték hosszát csökkenthetnénk, de akkor mindenkinek az erőmű közelében kellene laknia. Esetleg növelhetnénk a vezeték vastagságát, de ezt sem lehet akármeddig, mert leszakad az önsúlya miatt.

Gyerekek! Figyeljétek csak meg, hogy még mitől függ az energiaveszteség nagysága! Az áramerősségtől, méghozzá négyzetesen! Mit jelent ez?

Tudtok-e mondani olyan eszközt, amely lecsökkenti az áramerősséget! Igazatok van, a transzformátor. A múlt órán tanult berendezés éppen megfelelő célt szolgál arra, hogy a távvezeték áramerősségét lecsökkentsük. Hogyan?

Feladatok

Az erőművekben 20 kV-os feszültséget állítanak elő. Ezt egy transzformátorral, melynek primer menetszáma 5000, feltranszformálják 750 kV-ra. Az országos fővezeték ilyen nagy feszültségen szállítja az áramot. Mekkora a szekunder menetszám?

Az országos fővezetékről aztán leágaznak a vezetékek a régiókba (400 kV) és a városokba (120 kV), hogy aztán eljusson a fogyasztóhoz (230 V). A letranszformálás fokozatosan történik.

Mondjatok olyan menetszámokat, amelyek párba állítva, azok segítségével képesek lennénk a 750 kV-ot 400 kV-ra letranszformálni!

Ha a régióból jövő távvezeték áramát szeretnénk 120 kV-ra letranszformálni, és ehhez egy 660 menetes szekunder tekercsünk van, akkor milyen tekercset válasszunk primer tekercsnek?

A lakásotokban 230 V-os feszültségen 0,8 A erősségű áramot használtok. Mekkora a 120 kV-os távvezeték áramerőssége?

Összegzés

A mai órán megtanultuk, hogy a távvezetékeken nagy energiaveszteség keletkezhet, ezért minden eszközzel a veszteség csökkentésére törekszünk. Kitaláltátok, hogy a transzformátor segítségével lecsökkenthető az áramerősség és ezzel jelentősen csökken az energiaveszteség is. A távvezetékek nagy feszültségeken működnek, ezért életveszélyesek! Erre mindig nagyon figyeljetek! Kerüljétek a távvezetékek oszlopait!