ДНЗ "Здолбунівське ВПУЗТ" оголошує додатковий набір учнів на навчання до 1 жовтня 2017р.!

Екологічне виховання учнів у процесі навчання фізики

27 травня 2014 - Адміністратор

В наш час чiткiше виявляється обєктивна необхiднiсть всебiчного удосконалення i розвитку екологiчного навчання i виховання людей, формування в них екологiчного мислення. Людина все активніше втручається в природнi процеси, i охорона навколишнього середовища є однiєю з найважливiших i актуальнiших проблем. Таким чином, поліпшення екологiчного становища в країнi в цiлому i в окремих її регiонах сприймахється сьогоднi як загальнонародна справа.

Актуальнiсть проблеми екологiчного виховання зумовлена також необхiднiстю эламати неправильне уявлення про невичерпнiсть природних багатств, подолати споживацький підхід до природи, виховати вiдповiдальнiсть у кожного за свою землю перед майбутнiми поколiннями.

Виховання в кожної людини чуйного ставлення до природи, поглиблення знань i навичок, необхiдних для охорони навколишнього середовища,— невiдємна частина загальної системи сучасного виховання, важлива складова екологiчної культури суспільства, що включає: гуманне ставлення до природи;

почуття вiдповiдальностi за її долю;

закрплення в свiдомостi i дiяльностi людей принципiв природокористування;

формування екологiчного мислення;

формування навичок i вмінь розв’язувати господарсько-економiчнi завдання без шкоди для навколишнього середовища.

В екологiчному навчаннi та вихованнi пiдростаючого поколiння знача роль вiдведена вчителю. Саме вiн покликаний пiдготувати учнiв до майбутнього життя в гармонії з природою.

Перед учителем фiзики поставлено такi дидактичні завдання:

озброїти учнів знаннями, практичними умiннями i навичками природокористування, розвивати здатнiсть оцнювати стан навколишнього середовища;

дати фізичне пояснення дiяльностi людини при розв’язуванні екологiчних проблем;

розкрити полiтехнiчну сопрямованiсть екологiчноюї освiти;

дати звання про фізичнi константи середовища за нормою i при забруднені (шумовий фон, радiацiя, гравiтацiя та ін.);

розкрити науковi основи народногосподарських проблем захисту природного середовища вiд забруднення;

 формувати духовну потребу учнiв у спiлкуваннi з природою, виховувати нетерпиме ставлення до вчинкiв людей, що завдають шкоди їй.

 

 

Молекулярна фiзика

Важливим етапом у процесi формування цiлiсного уявлення про природу є вивчення роздiлу «Тепловi явища. Молекулярна фiзика». Його екологiчна знвачимiсть полягає в тому, що на основi наукових знань i кiлькiсних спiввiдношень можуть бути:

 доведенi iснуючi зв’язки мiж рiзними факторами i явищами в природi; розглянутi питання раціонального витрачання природних ресурсiв i охорони повітря, води i ґрунту;

висвiтленi екологiчнi аспекти теплових двигунiв;

 розширенi знання про антропогеннi фактори i характер їх впливу на природу.

 

Основнi положення молекулярно-кiнетичної теорії

 Для закрiплення понять «кiлькiсть речовини», «молярна маса» танід час з’ясування засобiв розрахунку розмiрiв атомiв і молекул можта запропонувати такi задачi:

   1. Один легковий автомобiль щороку своживає з атмосфери  повад 4350 кг кисню, викидаючи з відпрацьованими газами приблизно 530 кг оксиду вуглецю, 27 кг оксидiв азоту i 3250 кг вуглекислого газу. Як змiнюється кiлькiсний склад молекул цих газів в атмосферу?

2. Внаслiдок високої токсичностi допустима концентрацiя оксиду вуглецю в атмосферному повiтрi не повинна перевищувати 1 мг/м3. Скiльки молекул 00 При цьому мiститься в 1 м3 повiтря?

К о м е н т а р. Про токсичнiсть оксиду вуглецю свiдчать факти трагiчної загибелi людей, що запускають двигуни автомобiлiв при зачинені їх воротах гаража. В одномiстному гаражi смертельна концентрацiя оксиду вуглецю виникає вже через 2—3 хв пiсля вмикання стартера. В холодну пору року Недосвiдченi шофери для обiгрiвання машинти інодi вмикають двигун на довгий час. Внаслiдок потрапляння оксиду вуглецю до кабiни може статися трагiчний кiнець. Цю iнформацiто повиннi взяти до уваги всi, хто мрiє бути водiями.

3. У металургiйній промисловостi при виявленi 1 т сталi видiляється 2,7 кг сiрчистого газу. На скiльки молiв цієї речовини стає бiльше в атмосферному повiтрi?

4. Один реактивний лайнер споживає в середньому за 1 год 15 т палива i 625 т повітря і випускає в атмосферу 46,8 т вуглекислого газу, 18 т водяної пари, 635 кг чадного газу, 635 кг оксиду азоту i 15 кг оксиду сiрки. Визначте, скiльки молiв кожної з шкiдливих речовин потрапляє в атмосферу.

К о м е н т а р. Щоденно в небi США перебуває понад 1300 реактивних лайнерiв i споживається стiльки кисню, що зелені насадження не спроможнi його вiдновити. Населення США «позичає» кисень в людей iнших країн.

5. Один гектар зелених насаджень забезпечує здорове дихання ЗО жителям. Скільки молiв кисню виробляють зелені насадження, якщо одна людина спожнває 12 кг кисню за добу?

В умовах наведених задач згадуються основні забруднювачі атмосферного повітря: транспорт, промисловість i ТЕС. Масштаи цих забруднень уражають. Для повної екологічної оцінки цих викидів наводимо iнформацiю, яка характеризує вплив перелічених забруднювачiв на людський організм:

а) оксид вуглецю сприяє вiдкладанню лiпiдiв на стінках коронарних судин серця, погіршуючи їх прохiднiсть;

 

б) молекули оксиду азоту, взаємодiючи з тканинами органiв дихання, призводять до їх набрякання. Довгочасна дiя сполук азоту викликає порушення роботу центральної нервової системи;

в) оксид сiрки в малих концентрацiях є причиною хронiчного бронхiту, а в значних — викликає набрякання легенiв.

У ходi обговорення задачi 4 перепитуємо, як може статися, що одна країна споживає кисень, який виробляється на територiї iншої країни. Пiдкреслюємо взаємозв’язок явищ у природi.

Броунiвський рух. Пiд час вивчення броунвського руху можна докладнiше розкрити змiст четвертого абзацу цього параграфа підручiника, додавши, що загальна маса забруднючих речовин, якi постiйно тримаються в атмосферi, оцiнюється в 5,3 ЇО. Сьогоднi й пило газових викидах промисловостi медики підраховують близько 140 шкiдливих для органiзму людини речовин. Запиленiсть повiтряного океану затримує значну частину сонячної радiації, перешкоджає самоочищенню атмосфери, сприяє розмноженю мiкробiв, знижує опiрнiсть органiзмiв рiзним захворюванням, зменшує освiтленiсть вулиць, житлових будинкiв, заводських примiщень, викликаючи перевитрати електроенергії, Розглядаємо з учнями такi запитання:

1. Чому частини пилу так довго тримаються в атмосферi?

2. Як пояснити, що викиди ТЕС i сучасних комплексiв чорної металургiї забруднюють повiтря пилом у радiусi 10...15 км?

3. Чому частинки пилу, розмiром меншi за 1 мкм, можуть залишатися в стратосферi вiд одного до трьох років?

Вiдвовiдi на цi запитання дають змогу учням зрозумiти одну з причин утворення забруднень у повiтряному океанi планети. Доцiльно також залучити учнів до домашніх спостережень на зразок таких: «Проведiть спостереження за заводськими i фабричними трубами. Пояснiть «зникнення» диму в повiтрi. На якiй приблизно висот вiн зникає? Вiд яких факторiв це залежить? Якi фiзичнi явища сприяють зникненю диму? Навiщо заводськi труби будують вiдносно високими? Якi труби кращi — залiзнi чи цеглянi? Якi з них вищi? Зробiть узагальнюючi висновки».

У процесi обговорення результатiв спостережень допомагаємо учням вiдповiсти на запитання про матерiал, з якого виготовляються труби, акцентуюч їх увагу на можливiй корозiї металу. Доповнюємо вiдповiдь такою iнформацiєю. Димова труба висотою 100 м дає змогу розсіювати вайдрiбнiшi частинки шкідливих речовин в окрузi радiусом 20 км. При цьому концентрацiя викидiв зменшується до рiвня, безпечного для людини. Труба висотою 250 м збiльшує радiус розсіювання викидiв до 75 км.

Основне рiвняння молекулярно – кiнетичної теорії ідеальних газiв. Скористуватися статистичними даними, що характеризують негативний вплив антропогенного фактора на природу, пропонуємо пiд час закрiплення молекулярно-кiнетичної теорiї Iдеального газу. Для цього залучаємо учнiв до розвязування такої задачi: «Витiкання метану в побутовiй газовiй плиті становить 4 хХ 10 м3/год за нормальних умов, визначити кiлькiсть молекул газу в повiтрi кiмнати, якщо плита була ввiмкне на в газову мережу З год. Густина метану за нормальних умов дорiвнює 0,7 кг/м3».

Аналiзуючи вiдповiдь, звертаємо увагу на те, що ситуацiя, про яку йдеться в данiй задачi, може спостерiгатися в кожній квартирi, в кожному будинку.

Температура.Про температуру, як екологiчний фактор, учням вiдомо з курсу природознавства, бiологiї, фізики. Тому коротко нагадуємо, що температура визначає видову рiзноманiтність життя на Землi. Змiна температури одних тiл спричиняє порушення теплової рiвноваги всiєї системи тiл, що беруть участь у теплообмiнi. Так, теплове забруднення водоймищ викликає змiни у перебiгу процесiв теплообмiну мiж водою i рослинами, водою i тваринами, що в деяких випадках супроводжується летальними наслiдками. При температурi водоймища 26...ЗО 0С настає став пригнічення життєдiяльчостi риб i безхребетних, а при 34... 36 ос виникають смертельно небезпечнi умови для риб i деяких видів органiзмiв.

Щоб з’ясувати характер теплообмiну людського органiзму з ссредовищем, пропонуємо учням вiдповiсти на такi запитання: Як проявляється реакцiя людського органiзму на температурнi змiни в середовищi (холод, спека)? Чому людинi за одних умов жарко, а за iнших — холодно? Чи можуть цi вiдчуття свiдчити про рiзнi температури середовища? Як температура середовища впливає на самопочуття людини?

У ходi обговорення пiдкреслюємо роль температури у протiканнi процесів обмiну рочовин в органiзмах i зауважуємо, що зміни температурного режиму середовища спричиняють вiдповiднi змiни в живих органiзмах. Застосування рiвняння стану iдеального газу для рiзних процесiв. Знання закону Гей-Люссака необхiдне для розумiння процесу «дихання грунту», що являє собою обмiн повiтря мiж землею i атмосферою. Враховуючи важливiсть даного процесу у взаємозвязку елементiв бiосфери, пропонуємо учням пояснити, як він вiдбувається. У ходi обговорення зясовуємо, що при нагріванні грунту повiтря в його порах розширюється i потрапляє в атмосферу. Зниження температури призводить до того, що обєм повітря в грунтi зменшується i спостерiгається перехiд атмосферного повiтря в землю. Кiлькiсно цей процес можна охарактеризувати законом Гей-Люссака.

Пiд час забруднення грунту вiдходами виробництва, добривами, до складу яких входять органiчнi речовини в повiтрi збiльшується кiлькiсть вуглекислого газу, сiрчистого газу, метану та iн. Вони можуть накопичуватися в концентрацiях, небезпечних для людей. Тому кiлькiсна характеристика речовин, якi потрапляють з грунту в

атмосферу, має валике значення в практиці санітарної охорони грунту.

Пiд час вивчення теплового розширення газiв є можливість ознайомити учнiв ще з одним джерелом забруднення повiтря вуглеводами, яке має мiсце при зберiгані нафтопродуктiв (бензину, газу). Справа в тому, що будь-який резервуар, призначений для цих цiлей, заповнюється рідиною не повнiстю. Вiльний простiр у верхнiй його частивi займає пара рiдинн. У звичайних умовах в 1 м3 мiститься близько 1 кг пари цих рiдин. Протягом доби температура навколишнього середовища, а отже. i пароповiтряної суміші, змiнюється: вдень резервуар нагрiвається, сумiш розширюється, i пара бензину потрапляє в атмосферу; внiочi температура резервуару знижується, в нього надходить чисте повiтря, яке перемiщується з парою, і наступного дня все повторюється знову. Цей процес називають «малим диханням резервуару».

Залучити учнiв до розгляду процесiв, що вiдбуваються в резервуарах, можна, задавши їм такi запитання:

«Коли відбувається вдих i видих резервуарв? Чому процеси, якi спостерiгаються в резервуарах з рiдким паливом, називають «диханням» резервуару?»

К о м е н т а р. Пiд час малих дихань втрати бензину досягають великих значень — десяткiв i сотень кiлограмiв. Так, при змiнi темнератури газового простору протягом доби вiд 15 до 40 °С з резервуару ємкiстю 25 м3 виходить 2 м3 насиченої пари. За цими даними пропонуємо учням скласти i розв’язати задачу на визвачення величини повiтряного простору в такому резервуарi i об’єму налитої рiдини.

Пiд час розв’язування задачi з’ясовуємо, вiд чого залежать вирати пального, а також повiдомляємо, що за рiк їх кiлькiсть для резервуару ємнiстю 50 м3 може досягти 2 т при деннiй температурі 20 °С. Якщо ж денна температура збiльшиться до 25 °С, втрати становитимуть 3,5 т. Звертаючи увагу учнiв на втрати природних ресурсiв, пiдводимо їх до думки про те, що водночас цi втрати є забруднювачами навколишнього середовища. У зв’язку з ции проблема збереження нафтових ресурсів пiд час їх транспортування i зберiгання є гострою i актуалною.

 

Закон Дальтона

 За останньою редакцiєю програми з фiзики вивчення цього закону в 10-му класi не передбачається. Але, як свiдчить практичний досвiд, бiльшість учителiв знаходять можливiсть для ознайомлення учнiв iз законом Дальтона i для розв’язування задачі з цієї теми. На закрiплення маткрiалу в таких випадках пропонуємо розглянути механізм процесу дихання, звернувши увагу на те, що перехiд кисню з легенiв у кров залежить вiд рiзницi його парцiальних тискiв. Якщо з якихось причин парцiальний тиск кисню в атмосферi змепшується, це призводить до утруднення дихання i до зменшення кисню в артерiальнiй кровi. Доцiльно роззглянути такi запитання:

1. Один з гiрничо-збагачувальних комбiнатiв нашої країни знаходиться на висотi 2800м над рiвнем моря. Чому такi умови працi вважаються складними?Як реагують на них робiтники?

2. Чому важко дихати в мiсцях, де споcтерiга’ється значпвй рух автотранспорту, i легко в лісi, у скверi? До вiдповiдей на перше запитання вчитель може додати, що на рiвнi моря парцiальний тиск кисню становить 21 220 Па, а в альвеолах легенiв —13 300 Па. На висотi 3000 м вiн дорiвнює в атмосферi 14630 Па i в альвеолах — 9177 Па. За таких умов люди можуть виконуватв лише половину тієї роботи, яку вони виконують звичайно.

Щоб правильно вiдповiсти на друге запитання, треба врахувати зміни складу повiтря, що вiдбуваються в першому i другому мiсцях перебування. На автострадах кисень споживається двигунами, його парцiальний тиск зменшується,— у людини пiдвищується частота дихання, збiльшується його глибина, прискорюється кровообiг, завдяки чому організм забезпечується потрiбною кiлькiстю кисню. У лiсi рослини виробляноть кисень, його парціальний тиск збiльшується, внаслiдок чого дихати стає легше.

 

Кiлькiсть теплоти

 Нагода продовжити ознайомлення учнів з температурою, як абіотичним фактором, i не безпекою, що може виникнути у зв’язку з зміною температурного режиму в природi, випадає вчителевi пiд час розв’язування задач на рівняння теплового балансу. Необхiдність цiєї виховної роботи викликана тим, що в недалекому майбутньому тепло, яке потрапляє в навколишнє середовище, стане одним з найнебезпечніших забруднювачiв. За даними вченнх, на початку 70-х років 130110 займало передостаннє місце серед інших факторів забруднення.

Про небезпеку, яку несе з собою цей вид забруднення, свiдчать такi факти: за 1880—1940 р. видобуто 50 млрд. т умовного палива (29,3 • 103Дж!кг). Це озвачає, що до атмосфери потрапило 1,465 1021Дж тепла, якого достатньо, щоб розплавити 4,8 Км3 льоду. Загальна площа снiгово-льодової ковдри Землi до середини нинiшнього століття зменшилась на 10 %. А це серйозно знизило вiдбивальну здатнiсть планети, що призвело до підвищення середньої температури поверхні. Щороку в свiтi спалюється до 5 млрд. т вугілля i 3,2 млрд. т нафти. Внаслiдок цього в атмосферу викидається поннад 18 млрд. т вуглекислого газу і виділяється

2 • 1 0а1 Дж тепла. Враховуючи данi про ступiнь забруднення атмосфери вуглекислим газом, одна група вчених висловлює думку, що тiльки з цiєї причини температура атмосфери може підвищитись ва 2°. А це призведе до танення льодових шапок планети.

Пропонуємо учням пiдрахувати, Скiльки льоду можна розтопити за рахунок цього тепла. Вважати, що маса атмосфери дорівнює 5,970 • 1 ОМ кг. Оцінити можливi наслiдки для природи. На підтвердження можливостi підвищення температури планети наводимо таку інформацію: за 1880—1940 р— середня температура Землi підвищилась на 0,7а проте в 1940—1 970 р. температура земної кулі зменшилась на0,3 щоб такi зміни вiдбулися, поглинання тепла повинно перевищувати його виділення на 628 10 Дж. Оскiльки зелена маса не могла здійснити таке поглинання, бо кiлькiсть лiсів З кожним роком зменшується, вченi висунули гiпотезу, що поглинання енергiї Сонця вiдбулося за рахунок пiдсилення запиленостi атмосфери. За наведеними даними пропонуємо учням скласти i розвязати задачi. Коментуючи вiдповіді, слiд звернути увагу на те, що це тiльки двi причини, якi зумовлюють змiну температурного режиму в глобальному маштабi. В реальних умовах їх кiлькiсть значю бiльша i характер впливу на температуру значно складнiший. Тiльки врахувавши всiх причин дозволить дати точшй прогноз щодо майбутнього планети. На пiдтвердження цього можна додати, що зменшення середньої температури Землi на 1°С може спричинити похолодання, а зниження температури на 2 °С — нове зледенiння.

 

Принцип дії теплових двигунiв

ККД теплових двигунiв. Завдання підвищення ККД теплових двигунiв тiсно пов’язане з охороною природи, а саме: з рацiональним використанням природних ресурсiв. Тому на уроцi слiд звернути увагу учнiв на можливі шляхи пiдсилення ККД теплових двигунів. У реальних умовах вiн рiдко перевищує 40...42 %. Аналiз формули для визначення ККД, записаний через температури нагрiвника і холодильника, дає змогу учням побачити основнi напрями підвищення  ефективності теплових машин. Щоб учнi розумiли реалнішляхи удосконалення ТЕС, доцільно зупинитися на схемi роботи (мал. 13). Воду, яка надходить до котла, випаровують, а утворену пару перегрiвають до температури Тi i спрямовують на парову турбiну. Вiдпрацьована пара надходить у конденсатор, де знову перетворюється у воду при температурi Т2. Тепло, яке було витрачене на пароутворення води, пара вiддає охолодженiй водi, а та виносить його в річку. Коли ж поблизу немає рiчки, то воду, яка нагрiлася в конденсаторi, спрямовують у бризкальний басейн, де розбризкана на мiрiади крапель вода вiпаровується

i охолоджується (за рахунок теплового забруднення атмосфори).

За іншими проектами температуру води знижують у градирях, де вона повним шаром стiкає по стiнах пiд дiєю сили тяжіння. Пропонуємо учням дати екологiчну оцінку такого охолодження. До цього додаємо, що випаровування 1 % води знижує її температуру на 6. А як можна iншим способом знизити температуру пари Та? (Бо чим нижча температура вiдпрацьованої пари Т.г, тим менше відводиться вiд конденсатора тепла.) Нагадуємо, що температура пароутворення залежить вiд коксу. За нормальних умов вона становить 100 (1>

1 0’ ГIа). А якщо тиск зменшити? Температура пароутворення знизиться. У сучасних турбiнах інжекторні насоси відкачують з конденсатора повiтря i створюють тиек, що дорiвнює 0,3 • 1 0 Па. За цих умов конденсацiя пари вiдбувається при температурi близько 30пiодальше зниження температури Т, не дає ефекту, тому в цьому  напрямi дослiдження не проводяться.

 

1— перегрівник пари, 2- паровий котел; 3—парова турбiна; 4 — електричний генератор: 5 — конденсатор пари;

б — насос живлення; 7—насос охолодженої води.

Другий шлях повязаний з підвищенням початкових параметрів пари. Якщо до 1945 р. всi нашi турбiни працювали на парi з тиском З • IО Па при температурi 410 ос, то вже в 1950 р. ковi стапцйпрацтовали на парi з тиском 9,1 • 1 О Ва при темвературi 480.500 °С. Такi станції споживали на 1 кВт • год енергії па 15 % менше палива. Що можна сказати про їх ККД?

У наш час початкову температуру пари обмежують значенням 550 °С i навiть 540 °С _ Це пов’язане  з необхднiстю застосування спецiальних термостiйких матерiалiв, які здатнi довгий час витримувати високi темпера— тури. Тиск перегрітої пари досягає прибливзно 2,4 ху 1О7 Па.

ККД використання енергiї палива на ТЕС з комплексним виробництвом енергiї тепла становить 62 %, в той час як на станціях, де виробляється тiльки електрична енергія, він дорівнює 40...4 1 %.

 

Тепловi двигуни i охорона природи

 Програмою з фiзики непередбачено вивчення впливу теплових двигунів на навколишнє середовище. Пропонуємо провести з цiєї теми навчальний семiнар. До плану семiнару можна включити такi питання:

1. Теплова енергетика i охорона природи: а) енергетичнi ресурси, проблеми їх добування i переробки; б) екологiчнiсть теплово енергетики.

2. Транспорт i охорона природи: а) вплив дизельних і карбюраторних двигуiнiв на природу; б) шляхи пiдвищення ефективностi експлуатацiї теплових двигунiв; в) транспорт майбутнього.

Як вiдомо, експлуатацiя ТЕС супроводиться значною кiлькiстю негативних виливiв на природу. З них найбiльш поширенi такi: а) хмiчне забруднення повiтря і води; б) теплове забруднення атмосфери і водоймищ; в) руйнування грунтiв у зв’язку з добуванням палива i утилізацією  шлаків.

Про хiмiчне i теплове забруднемня бiосфери учні мають певну iнформацiю з попереднiх тем курсу фiзики 10-го класу, а також з відповiдних урокiв 8-го класу. Враховуючи необхiднiсть більш глибокого засвоєння екологiчних питань на другому ступенi навчання, пропонуємо з приводу теплового забруднення розглянути схему витрачання тепла, утвореного при згорянні палива в котлоагрегатах ТЕС (мал. 14), проаналiзувати її i зробити висновки про масштаби забруднень, з приводу хiмiчного забруднення атмосфери i гідросфери  доцільно залучити матеріал про кислотні дощi. Для його розумiння потрібне знання хімії, в зв’язку з чин широко використовуємо мiж предметні зв’язки з хімією.

 

Саме термiн «кислотнi дощi» виник ще в середині минулого століття, коли англiйський хімік Р. Смiт встановив, що причиною пiдвищення кислотi-ності атмосферних опадiв є спалювання вугiлля. Сьогоднi проблема кислотних дощiв охопила всю Пiвнічну пiвкулю. Кислота в дощах виникає внаслiдок розчинення оксидiв сiрки i азоту, якi потрапляють в атмосферу через труби ТЕС на вихлопнi труби автомобілiв. Справа утруднюється тим, що труби ТЕС стали рости вгоу, їх  висота досягає 250...300 i навiть 400 м. Кiлькiсть викидiв не зменшується, тiльки тепер вонi розсiюються на величезнi територiї. Повiтрянi потоки переносять їх через кордони країни. І пiд час дощiв, сполучаючись з водою, газоподібні отруйні речовини перетворюються в кислоту. З хiмiї учням вiдомо, що кислотiність вимiрюється показником рН. Змiна рН на одниницю означає, що концентрацiя кислоти змiнилась у 10 разiв. Звичайна дощова вода повинна  мати рН—5,6...5,7. Але вже десятки рокiв з причин забруднення  атмосфери над Пiвнiчню Америкою i Європою випадають дощi з вмiстом кислоти в десятки, сотнi i навiть у тисячi разiв бiльше, за вмiстом кислоти дощi iноді вiдповiдають оцту.

У ходi еволюцiї живi органiзми пристосувалися до фiзичного й хiмiчного середовища i можуть iснувати тiльки в певному інтервалi рН. Змiнна  рН викликає бiологiчну перебудову водних систем. Коли рН знижується до 6,5...6,0, гинуть завитки i молюски. При рН—6,0...5,0 гинуть найбiльш чутливi планктоннi органiзми, деякi види риби.

Кислотнi дощi завдають величезної шкоди не тiльки водоймищам, а й грунтам, лiсам. У ФРН кiлькiсть лiсів, уражених кислотними дощами, досягла 30%, з мiсцями навіть 50 %.

Для усунення шкiдливих викидiв в атмосферу, зокрема викидiв сірчистого ангiдриду, необхiдно видiлити його з палива ще до спалювання на ТЕС. У практицi застосовуються два варiанти попередньої обробки палива для зниження вмiсту сірки. Перший – хімічна  адсорбція, за допомогою якої уловлюється понад 90 % сiрки i практично всi зольнi складовi. За допомогою другого засобу—каталiтичноюго окиснення — уловлюється близько 90 % дiоксиду сiрки, Як приклад можливого позитивного вирішення природоохоронних проблем можна навести Запорiзьку ДРЕС, де вперше в країнi створено автоматизовану систему контролю за станом атмосферного повiтря. З метою зменшення теплового забруднення водоймищ у сучасній теплоенергетиці відпрацьоване тепло використовують для теплопостачання міст, тепличних господарств. Велика робота ведеться по створеню замкнутих охолоджуючих циклів. У систем i охолодження оборотного водопостачання використовують градирнi. У градирнях (мал. 15) вода охолоджується за рахунок її часткового випаровування, а також у процесi безпосередньої тепловiддачi. Пропонуємо учням пояснити принцип дії такої установки. 14а доповнення додаємо, що застосування градирень iстотно впливає на мiкроклiмат районів, що прилягають до ТЕС; пiдвищується хмарнiсть, знижується сонячна освiтленiсть, випадають дощі, а в зимовий час—- іній та ожеледь.Пiд час обговорення екологiчних проблем теплової енергетика доцільно  розглянути матеріали ХХVII з’їзду КПРС, де до складу завдань, якi необхідно вирiшити в найближчий час, вiднесено: iстотно скоротити використання мазуту як палива, в першу чергу на теплових електростанцiя..., здiйснювати спорудження.. в схiдних районах країни конденсаційних теплових електростанцiй одиничною потужнiстю 4—6 млн. кiловат... Знизити собiвартiсть електричної i теплової енергiї на 4—5 «процентів».   Розповідаючи про основні напрями розвитку енергетикв, пропонуємо учням розглянути, яким чином кожен з них пов’язаний з охороною навколишнього середовища. При екологiчнiй оцінці транспортних засобiв доцiльно спиритися на порівнянні  двигунів дизельного i карбюратораторного типів.

З точки зору охорони навколишнього середовища дизельний двигуни має переваги перед карбюраторним двигуном. Він економніший за карбюраторний на 20— 30 %. Для виробництва дизельного палива потрiбно в 2,5 раза менше енергії, нiж для виробництва бензину. У вихлопних газах дизельного двигуна майже немає шкiдливих газiв, оскiльки паливо згорає майже повністю. Крім того, при згоряннi дизельне палива видiляє на 11 % бiльше енергiї, ніж бензин. Враховуючи перевага дизельних двигунiв перед карбюраторними i важливiсть проблеми палива, в Основних напрямах економічного і соцiального розвитку СРСР на 1986—1990 роки і на перiод до 2000 року наголошується: «… В автомобiльній промисловостi забезпечити збільшення і полiпшення структури випуску автомобiлiв, які повнiше відповідали  б потребам народного господарства i завдання економiї палива. Довести до 40—43 процентів  загального випуску виробництво дизельних вантажних автомобiлiв i автопоїздiв зi зменшеним на 25—30 процентів (порiвняно з бензиновими) питомим споживанням палива. Освоїти виробництво дизельних автобусів... Прискорити перехiд на виробництво легкових автомобілiв з дизельними двигунами... Значно розширити виробництво автомобiлiв, що працюють на стиснутому i зрідженому газi.

Висвiтлюючи питання про вплив машин на лiтосферу, можна нагадати, що, крiм забруднення грунту органiчним пальним, до складу якого входять дуже шкiдливi для мешканцiв верхнього шару землi речовини, розвиток автотранспорту пов’язаний також iз збільшенням земельних дiлянок, необхідних для стоянок. Досить сказати, що для розміщення легкового автомобiля потрiбна дiлянка розмiром 25м, мотоцикла з коляскою — 8 м мотоцикла без коляски —3 м. Крiм того, велика площа землі вiдводиться  під будiвництво автозаправиних станцiй.

Дуже важливо, щоб при, обговоренні було розглянуто питання про забезпечення найменш шкiдливого впливу на природу iснуючих видiв транспорту пiд час їх експлуатації. Це насамперед пов’язано з тим, що в багатьох учинiв є власнi мотоцикли i правильне їх використання забезпечить зменшення негативного впливу транспорту на природу. Звертаємо увагу на те, що при правильно вiдрегульованому двигунi викиди шкідливих речовин у атмосферу зменшуються в 3—5 разiв. Правильне регулювання карбюратора дає змогу економити паливо. Для одного двигуна економiя у коштах становить близько 14 крб. за рiк.

Учням можна задати запитання: «Як вплине на ККД двигуна підвищення максимального тиску газу в циліндрі перед запалюванням пального? (ККД підвищиться.) Чи зможе працювати багатоциліндровий двигун, якщо у ньому припинити , подачу пального у частину циліндрів?» У вiдповідi з’ясовуємо, що зможе, i що малi навантаження на двигун —це найдоцільніший  засiб збереження високого ККД.

Характеризуючи стан розвитку сучасного автотранспорту, доцільно додати до відповідей учнiв, що н;»д проблемою зменшення його негативного впливу на природу працюють учені всіх країн світу. Так на Днмитроградському заводi (Болгарiя) створили новий карбюратор  Озоне, який дає 10...15 % економії палива. Хiмiки працюють над розробками нових каталiтичних нейтралізаторiв, якi при змiшуваннi з пальним значно зменшують кiлькiсть шкідливих викидів у атмосферу.

У Московському фiзико-технiчному iнститутi створено першу технологiчну лінію для виготовлення бензиноводної емульсiї (10—15 % води, 85—90 % бензину). При роботi двигуна на такiй сумiшi його викиди мiстять в 2 раза мемше оксиду вуглецю i на 20 % менше оксидiв азоту.

Ведуться пошуки замiнювачiв бензину. В США пройшли випробування сумiшi етилового i метилового спиртів, а також спиртiв з бензином. В Японії працюють над створенням авiадвигунiв, якi працюють на воднi. А на вулицях Харкова можна побачити машини марок «Москвич» і «Жигули», якi беруть участь в випробуваннях нового виду пального — водню.

У процесi обговорення питань удосконалення автотранспорту підкреслюємо, що ця проблема ще повнiстю не розв’язана i взяти участь в її вирiшенi можуть і старшокласники. Свої iдеї вони можуть надсилати до вiдповiдних органiзацiй.

 

Випаровування i конденсацiя

Приступаючи до планування темi; «Взаємні перетворення рiдин i газiв», учитель має змогу включити до уроку питання волого, тепло i масообміну в природi. Екологiчнна значимiсть цього матерiалу полягає в тому, що данi процеси розкривають iснуночi взаємозв’язки мiж елементами біосфери, їх характер i зумовленість змінами температури. Для з’ясування ци питань пропонуємо розв’язати задачi на зразок таких.

1. Як змiннюється внутрішня  енергiя Світового океану під час випаровування води з його поверхні? Чому середня річна температура води в морях i океанах залишається сталою?

Коментуючи задачу, додаємо, що швидкiсть кругообiгу води в атмосферi визначається цифрою 16 млн. т/с. В середньому за рiк вода в атмосферi поновлюється 36 раз, тобто 36 раз атмосфера насичується парою i звiльняється вiд неї. Кожна молекула водяної пари перебуває в атмосфері протягом року в середньому 10 днiв.

2. Як впливає на мроцес випаровування води в океанi нафтова плiвка? Якi зміни у масо i енергообмiн вносить забруднення океану нафтою?

Обмаль часу, відведеного програмою для вивчення цих питань, позбавляє вчителя можливостi докладніше розглянути важливість фазових перетворень води для природи, тому їх розгляд можна винести на факультативні заняття. Готуючись до заняття вчитель може дібрати задачi на зразок таких:

1. З поверхні Свiтового океану щорiчно випаровується 448 000 км3 води. Враховуючи, що на це витрачається 70 % отриманої вiд Сонця енергiї, обчислити середню теплоту випаровування води та середню енергію випаровування однієї молекули. Вважати, що маса молекули води дорівнює 29,9• ІО кг. Земля дістає вiд Сонця 68,8 •ІО кВт  год енергії за добу.

2. Для випаровування 1 кг води при температурi 20 °С треба витратити 2453,5 Дж, що можна сказати про енергiю конденсацiї і кг водяної пари при цій самiй температурі? Як змінюється температура Тихого океану, якщо з його поверхні випаровується води 200 400 км3 рiк, а з опадами потрапляє 206700 км3/рiк? Чому в середньому температура океану залишається сталою?

До вiдповiдi на останнє запитання додамо, що надлишок енергії переноситься а iншi океани течiями. З наведених задач бачимо, що енергія, яка поглинається Свiтовим океаном, майже повністю втрачається на випаровування. Швидкiсть випаровування та конденсації  рiзна в різних мiсцях земниої кулi. Учням пропонуємо з’ясувати характер цих змiн швидкостi випаровування води та їх причини. Крiм температури, на процеси. що відбуваються на межi океану і атмосфери. впливають рiзні рочовини-забруднювачi. Дослідження показують, що випаровування води, покритої плівкою нафти, зменшується вдвiчi. Тому вплив штучно утворених плівок має випаровування води стає відчутним для природи.

Проте плiвки на поверхнi води можуть приносити і користь. Створення штучних водоймищ вiдiграло неабияку роль у погiршенi теплового обміну та загострені проблеми прісної води. Справа в тому, що випаровується саме прiсна вода, запаси якої на Землi обмежені. а втрати дуже i дуже великi. Так, лише в південних районах нашої країни з поверхні водоймищ випаровується щорічно шар води товщиною 0,8 м. Проблема зменшення непродуктивних втрат прiснї  води та випаровування має глобальне значення. Одним з розв’язків цiєї проблеми є покриття поверхні води плівкою. Останiм часом зинайдено речовину, яка, потрапляючи у воду, створює на її поверхні плiвку товщиною в одну молекулу. За даними вчених, усього 0,02 грама ВЖС (так називається ця речовина) на площi 1м зменшує випаровування на  30 %, не завдаючи при цьому шкоди ні людям, нi мешканцям водоймищ.

Продовжуючи бесiду про фазовi переходи води, доцільно звернути увагу на те, яку роль вони вiдiграютъ; у масоперенесеннi твердих речовин. У ходi циркуляційних процесiв, що вiдбуваються в хмарах, вода 1 частинки солей, пилу, грунту перемiщуються i утворюють розчини рiзноманiтних складів. За даними академiка В. І. Вернадського, на 1 л води в середньому припадає 34 мс солей. Покидаючи хмару, кожна крапля дощу мiстить приблизно 9,3 • 10 мг солей. Проходячи повз атмосферне повiтря, зона поглинає новi порцiї солi i пилу. Звичайна дощова крапля масою 50 мг при падiннi з висоти 1 км «промиває» до 16 л повiтря, а 1 л дощової води забирає iз собою домiшки-забруднення, що мiститься в 300 000 л повiтря. Внаслiдок цього з кожним лiтром дощової води на Землю потрапляє до 100 мг домiшок. Учням даємо запитання: «За яких умов починається конденсація води в хмарi? Яку  роль у цьому поцесi вiдiграють частинки пилу, грунту та інші?»

Враховуючи, що лише на території СРСР випадає у виглядi опадiв 800 км1 води за рiк, можна уявити, скiльки добрив потрапляє при цьому на поля i скільки повітря промивається дощовою водою.

Ще одна екологiчна проблема може стати предметом обговорення на цьому заняттi — проблема нормальхих умов iснування людини. З цього приводу вчитель може навести таку iнформацiю. При температурi повiтря 20 людський органiзм вiддає енергiю в навколишнє середовище такими шляхами: випромiчнюванням тепла — 55 %; через теплопровiднiсть— 15 %; випаровуванням —27 %.

Випаровування 1 г поту супроводиться для органiзму втратами 2,23 кДж тепла. За добу у людини при звичайних умовах утворюється близько 500 мл ноту. З легенiв пiд час днхання випаровується 350 мл рiдини. Під час напруженої фiзичної роботи збiльшується тепловiддача органiзму через випаровування. Її величина може досягати 90 % вiд усiх видiв теплових втрат. Як бачимо, змiст цiєї iнформацiї можна використати для складання як якiсних, так i кiлькiсних задач, їх розвязання допоможе учеям зрозумiти, тому пiдвищення або зниження температури тiла впливає на самочуття людини.

Знання процесiв випаровування та конденсації допоможе учням взяти участь у розв’язаннi одного з можливих варiантів вирiшення проблеми прiсної води — видiлення води, яка є в атмосферi у виглядi пари. Пропонуємо їм розробити проект установки для видiлення вологи з повiтря (мал. 16).

ПІД час обговорення проектiв учитель може розглянути ще й такий проект: пiдчас пропускання повiтря через трубу з охолодженими стiнками на них конденсуватиметься пара. Цей засiб досить ефективнй i знайшов застосування на практицi. Проте його ефективність залежить вiд темпиратури охолодження стiнок. Як ви гадаєте, чи треба якомога бiльше знижувати температуру стiнок труби? У процесi аналiзу зясовується, що дуже зiнижувати температуру стiнок не треба, бо конденсацiя повинна вiдбутися лише на стiнках, а не у всьому об’ємi рухомого газу. Якщо ж станеться останнє, краплинки утвореної води вилiтатимуть разом з рухомим повiтрям.

У кiнцi заняття бажано узагальнити конкретнi фактори, що пiдтверджують важливу роль фазових переходiв Води у протiканні природних явищ, i видiлити основнi екологiчні й природоохоронні ідеї.

Насичена пара. Пiд час перевiрки якостi засвоєння поняття «насичена пара» доцiльно розглянути якiсну задачу, яка повязанна з проблемою рацiонального використання природних ресурсiв.

Інодi в нафтових цистернах i баках для зберігання бензину застосовують плаваючi екрани з вигнутими краями (мал. 17). Яке призначення цих екранiв? Як вони впливають на втрати рідини внаслiдок випаровування? У вiдповiдi зазначаємо, що в зазорi утворюється насичена пара, яка сприяє припиненню дальшого випаровування рідини.

 Про значення вологостi для організму людини йдеться в параграфі «Вологiсть повiтря», де, зокрема, вказується, що температура, тиск і вiдносна вологiсть є важливими показниками умов життя i працi людей. З метою формування в учнiв умiння давати екологiчну оцiнку умовам життя i працi людей пропонуємо залучити їх до розв’язування таких задач:

1. У створенні нормальних умов життя важливу роль вiдiграє вологiсть, Вологiсть, температура i швидкiсть руху повiтря визначаютъ так звані комфортнi умови. Для людини, що перебуває в станi спокою, комфортнi умови такi: температура 18 °С, вiдносна вологiсть 50%. Чому пiдвищена та знижена вологiсть повiтря погіршують умови.

У вiдповiдi з’ясовуємо, що при пiдвищенiй вологостi повiтря порушується терморегуляцiя організму і вiн перегрiвається внаслідок зменшення випаровування поту i вiддачi тепла. Знижена вологiсть повiтря сприяє підсиленому випаровуванню поту, під час якого вiдбувається швидка вiддача тепла, внаслiдок чого органiзм переохолоджується.

2. Взимку вiдностна вологiсть повiтря в деяких приміщеннях не досягає 10 % Як можна пiдвищити вологiсть повiтря’?

Засобiв пiдвищення вiдносної вологостi два додаткове випаровування води або зниження температури приміщення, Практично застосовується перший засіб.

3. У виробничих птримiщеннях автотранспортних підприємств спостерiгається рiзна відносна вологiсть повiтря: у сушильнiй камері — 10% при температурi 3О°С, в розбiрно—мийному i шино—монтажному віддiленнях 80% при температурi 20°С, у гальванiчному 95% при температурi 18°С. Скiльки грамiв водяної пари міститься в 1 мм повiтря цих примiщень? На скiльки її кiлькiстъ відрiзняється вiд нормальних умов? Дайте екологічну оцiнку умовам працi в цих умовах.

4. Вiдностна вологiсть повiтря в майстерні об’ємом 100 м при температурi 15°С становить 30%. Скiльки води треба випаруватит, щоб при цiй же температурi ,достати відносну вологість 50 %?

У процесi обговорення відповiдей запитуємо, чи має вологiсть повітря Iстотне значення дпя життя рослинного i тваринного свiту? Пропонуємо пригадати, що з цього приводу вiдомо з курсу загальної бiологiї. На основі бiологiчних i фiзичних знань з’ясовуємо що протікання всiх бiохiмiчних процесiв у клiтинах можливе при достатньому забезпеченнi організмів водою і певному температурному режимі. Встановлюємо зв’язок мiж температурою i вологiстю повiтря i передбачаємо можливi реакцiї живих органiзмiв на одночасну дію i зміни цих факторі. Наголошуємо на складному характері взаємозв’язкiв у природі.

Поверхневий натяг. Теоретичнi відомостi з цiєї теми дають змогу вчителевi розглянути з учнями питання про утворення нафтових плiвок на поверхні води, їх вплив на умови життя мешканцiв водної стихiї. З цією метою пропонуємо розв’язати з учнями такi задачi:

1. Одна тонна нафти утворює на морськiй поверхні плiвку площею 12 км3. Визначити силу новерхневого натягу такої плями, вважаючи, що вона має форму кола. Коефiцiєнннт поверхневого натягу для нафти дорiвнює ЗО мН/м.

Коментар. Щорiчно до океану потрапляє 5...10 млн.тон нафти. Один лiтр цієї розлитої рідини позбавляє кисню 40 000 л води, тому пiд нафтовою плвкого гинуть усi види зоопланктону.

Доцiльно також включити до уроку фронтальний експеримент на виначення залежностi коефiцiєнта поверхневого натягу від домiшок i температури. Обладнання: чашка Петрi з водою, тоненька ниточка, розчин мила, гаряча вода.

Клас подiляємо на дві групи: одна дослiджує першу залежність, друга—другу. Для цього рекомендуємо на поверхню води покласти обережно ниточку i з одного боку а чшику кинути кiлька крапель мильного розчину. Пiсля спостережень за поведiнкою нитки пропонуємо пояснити резельтати. Другiй половинi класу даємо завдання виконати аналогiчнi дослiди з гарячою водою, провести спостереження i зробити висновки.

Якщо на уроцi не вистачить часу для фронтального експерименту, можна запропонувати його закiнчити вдома. При цьому залежнiсть коефiцiєнта поверхневого натягу вiд температури можна дослiдити iншим способом, спостерiгаючи за розмiром крапель гарячої i холодної води.

Узагальнюючи знайденi залежностi, слiд нагадати, що для деяких мешканців водоймищ (водомiрка) коефiцiєнт поверхневого натягу є такою ж важливою умовою життя, як температура, вологiсть та іш. І якщо за якихось причин відбувається теплове або хiмiчне забруднення водоймища, цi  представники живої природи гинуть.

Капілярнi явища. Залучити учнiв до пошукової дiяльностi пiд час впвчення явища змочуваня можна, запропонувати їм для пояснення простий життєвй факт. Для очищення повiтря вiд пилу застосовують розбризкування води на дрiбнi  крапеьки. А в шахтах з цією метою розбризкують не воду, а розчини мила. На чому грунтується цей засiб очищення повiтря вiд забруднючих речовин? Чому не у всіх випадках використовується вода?

Розглянувши пртчтни, що зумовлюють рiзну поведінку однiєї й теї ж  самої речовинт пiд час контакту з рiзними твердими тiлами, корисним з точки зору формування екологiчних знань може буги повiдомлення про те, що штчне пiдвищення змочування призводить до загтибелі  качок та інших водоплавних птахів. Таке пiдвищення може бути викликане збiльшенням концентрації синтетичних миючих речовин у водоймищах. Цi речовини не тiльки змивають бруд, а й знiмають поверхi характеристики рідини i можуь рiзко збiльшувати здатність води змочувати і твердi тiла. На водоплавних птиць їх дiя проявляється в тону, що розчиняється жировий шар i вода дiстає доступ до тіла. Взимку це сприченяє загибель птиць.

Для закріплення матеріалу i під час перевірки його засвоєння радимо вчителевi використати такі запитання:

1 На чому грунтується мотод лiкування i підживлення рослини розбризкуванням розчину антибiотика так, щоб він потрапив на поверхню листа?

2. Для гасiння тліючих пожеж у лiсi використовують воду з домiшками, що збiльшують змочування води. Чим зумовлена  необхiдинiсть застосування цих домішок.

У вiдповiдi зясовуємо, що завдяки домішкам вода покращує свої змочувальнi властивостi i глибше по капiлярах просякає всередину тліючої деревини.

ЗНавесні поля оруть і боронують. Чому це сприяє збереженню вологи в грунті

4. Під час суховiїв на поверхні грунту утворюєгься тверда кiрка. Чи слiд її зберiгати для того, щоб попередити висихання шару землi?

У процесi обмiрковування запитань 2, 3 i 4 учнi стикаюся з капілярними явищами. Про їх роль у витрачаннi грунтом вологи йдеться в підручнику. Для поглиблення знань з цієї теми i з метою вироблення вмінь аналiзувати і природні явища і передбачити можливі напрями протікання природних процесів  пропонуємо вдома провести такi дослiди;

1. Над склянкою з підфарбованою водою розмiстіть стрiчку фільтрувального паперу так, щоб одним кінцем вона доторкалась до поверхні води. Простежте  за забарвлення паперової  стрiчки. Пояснiть причини зволоження паперу.

2. На основi результатiв цього дослiду розробiть і обгрунтуйте засiб визначення і мікроскопiчних властивостей рiзних порід грунту. Дослiдiть, як впливає на капiлярнi властивості внесення  добрив.

Механiчнi властивостi твердих тіл. У вирiшеннi проблем економії природних ресурсiвзначне мiсце посіідає створенняматеріалів з наперед заданими властивостями.

З метою розкриття даного аспекту природоохоронних  проблем можна застосувати інформацію про створення вченими композицiйних матерiалiв, якi за механiчними властивостями (міцнiсть, жорсткiсть) значно пере— вищують звичайнi конструкцiйнi матерiали. Наприклад, композити з вуглицевими волокнамии, якi виготовили в дослiдному виробництвi, за мiцністю в 2—3 рази перевищують сталь i мають у 5 разі меншу густину. На новому радянському лiтаку Ан— 124 (Руслан) багаго силових елементiв i вузлiв виготовлено з компонентiв. Це дало можливiсть знизити маси відповідних вузлiв на 30 %.

Тепер  виготовлення компонентів збiльшиться в 1 0— 12 разів, до дость змогу зекономити значну кількість природних ресурсів. Пропонуємо учняи підготувати повідомлення про результати  науковиих пошукiв у створенні композитiв на інших основах за матерiалами періодичної преси.

У процесi обговорення цих повiдомлеь бажано для підсилення їх природоохоронного напряму наводити інформацію, подібну до такої: якщо збільшити в середньому робочий ресурс машин втри рази, то кiлькiсть

 

Електродинамiка.

З вивченням електродинамiки тiсно повязанi питання подальшого розвитку в учнiв понять про абiотичнi i антропогеннi фактори. Першi вiдомостi про iснування i дiю на живi органiзми електричних і магнітних i полiв учнi вже дiстали на уроках фiзики у 8-му класi. У 10-му класi рiвень усвiдомлення знань повинен бути значно вищим і вiдображати можливостi фiзики в кiлькiсному оцiнюваннi характеристик геомагнiтного i геоелектричного полiв, а також штучних полiв, що змінюють їх характеристики.

Матерiалом для створення проблемної ситуацiї перед вивченням всього роздiлу «Електростатика» може бути повiдомлення про те, що в 1776 р, французький абат, а пiзніше академiк, П. Берталоп помiтив, що рослини поблизу блискавковiдводiв ростуть i розвиваються значно краще, нiж їх сусiди, якi знаходяться на деякiй вiдстанi. Як пояснити цi спостереження?

Щоб зрозумiти причини цього явища, необхідні знання  про елоктричне поле та його характеристики, електричиий заряд, провiдники i дiелектрики, тобто знання роздiлу «Електростатика».

Електричний заряд i елементарнi частинки. Приступаючи до вивчення теми «Електричний заряд i елементарнi частинки», можна передбачити можливість ознайомлення учнiв з iснуванням і нвколо всiх живих iстот на Землi величезн кiлькостi заряджених частинок. Так, в 1 см атмосферного повiтря в природних умовах мiститься в середньому 10000 iонiв. Дослiдження англійських учених довели, що збiлільшення концентрацiї iонiв в атмосферi призводить до загибелi грунтiаних бактерiй, викликає прискорений розвиток рослин і комах, супроводиться змiнани фiзiології i поведiнки тварин i людей. Отже, для забезнечення нормальних умов жiття необхідно пiдтримувати оптимальну кiлькість iонів в атмосферiному повiтрi.

Росiйський лiкар А.Л Чижевський першим помiтив цiлющий вплив негативних легких аероiонiв на життєдiяльнiсть органiзмiв і провiв лiкування за цим методом. Збагачення легкими iонами повітря — важлива умова забезпечення доброго самопочуття, особливо такий мікроклімат потрібен на виробництвi, де велика концентрацiя пилу (шахти, хiмiчiні цехи тощо). У наш час існує багато іонізаторів, якi не тільки очищують повiтря вiд шкiдливих домiшок, а й стежать за концентрацією цiлющих легких Iонiв.

У процесi подачi цієї інформацiї вчитель може підібрати і кiлька запитань, які сприятимуть поліпшенню засвоєння матерiалу; 1. Що називається iонами? 2. Як утворюються іони ( позитивні, негативні)? З. Чи взаємо дiють iони (аероiонi) в повiтрi? 4. Який може бути характер цієї взаємодії?

Обмiрковування поставлених запитань на матерiалi запропонованої інформацiї дасть змогу поряд iз засвоєнням фiзiчних знань здобути знання про характеристики природних мов життя.

Електризацiя тiл. Причини появи в атмосферному повітрi аероiонiв можна зясувати пiд час вивчення теми «Електризаціятіл». Після ознайомлення учнів з поняттям електризацiї, її механiзмом i засобами здiйсннення пропонуємо учнiня вiдiповiсти на запитання: «Чому М.В.ломоносов убачав одну з причин появи зарядів в атмосферi в русi повітряних мас? Пояснiть, як виникають електричнi заряди? Як можна назвати таку електризацію? Пiд час обговорення зауважуємо, що це одна з можливих причин електризацiї повiтря. Бiльшiсть учителiв пiд час викладання цiєї теми ознайомлюють учнiв з рiзiними засобами електризації тіл (доторканням до зарядженого тіла, тертям, опромiнюванням). На закрiплення матерiалу можна залучити учнів до обговорння другої причини виникнення зарядів  в атмосферi.

З цiєю метою повідомляємо учнням, що основним джерелом олектронізацiї атмосфери є космiчнi променні, що  потрапляють на Землю. Пропонуємо учням пояснити, що відбувається з нейтральними молекулам повітря:

де кiлькiсть утворенних iонiв буде більша. У процесi обговорення додаємо, що навколо Землi Iснують iонiзовані  шари: перший—на висоті 110... 120км, другий— на висотi 180.300 км. Крiм цих стабiльних шарів іоносфери, iснують рухомо локальнi області заряджених часток.

IIiд час вивчеiння даної теми до запитань на закрiплення матеріалу можна включити ще й такi:

1. Останiм часом все частiше спостерігаються вибухи танкерів з нафтою. Вченi вбачають одину з можлтвих пртчтн аварій в електризації.На чому грунитуєься думка вченних?

2. Чи має мiеце електризацiя на виробництві?Наведіть приклади. Робiтники яких спецiальностей бiльшою мiрою зазнають дії штучно створених зарядів? Чи можна запобігти значному нагромадженно зарядiв на робочому обладнані. Як це зробити?

Електричне поле. Розвинути в учнів пiзнавальний інтерес, спонукати їх до активного вивчення цiєї форми iснування матерії можна, використавши таку інформацію екологiчного змісту. Наша Земля має негативний заряд 570 000 Кл-І як навколо всякого зарядженого тiла, навколо неї iснує електричне ноле. Людинна i все живе на Землi розвивалось i тепер постійно перебуває в електричному полi Землi. Вiдсутність електричного поля або змiнна його характеристик негативно впливає на людський органнiзм. Рiзноманітні електричнi пристрої, синтетичні килими та одяг змушують нас постійно  перебувати в змiнених електричних полях. Пiдтвердженням iснування реакцій живих організмів на штучюно створені електричні поля може бути тактй приклад. Осетровi пiд час мiграцiї вгору по Волзi затримуються в тих мiсцях, де високовольтнi лінії електропередачi перетинають річку. Що зазримує прісноводних? Аналiз задач допомагас учням дiйти висновку, що навколо ЛЕП iснує електричне поле, яке впливає на поведiнку риб.

Постiйне електричне поле може використовуватися з лікувальною метою. Такий процес дiстав назву франклінізації або статичного душу.

Напруженість електричного поля. Матеріалом для створення проблемної ситуації під час вивчення напруженості як силової характеристики поля може бути такий дослід. На нижню пластину розбірного

конденсатора, з’єднану з негативним полюсом випрямляча, насипаютъ насiння вiвса або пшеницi. Верхню пластину приєднують до позитивного полюса ( мал. 18). У міру збiльшення напруги між пластинами конденсатора, насiння пiднiмається i завмирає у вертикальному положеннi. Оскільки причиною всякого руху є сили, пiдводимо учнiв до висновку про те, що електричне поле, утворене в конденсаторi, дiє з певною силою на кожне зернятко. Як тiльки ми вимиаємо джерело струму, насiння хаотично розсипається по пластинi.

Потiм переходимо до викладу матерiалу за підручником i встановлюємо, що напруженiсть, як силова характеристика поля, характеризується як величиною, так i напрямом. Це в свої чергу дає змогу визначити напрям руху iонiв у тiлi людини, якщо вона перебуває тiльки в електричному полi Землi, i причини змiни їх положень внаслiдок дiї додаткових (штучно створених) електричних полiв. Можна запропонувати учiням скла сти задачi на рiзнi варiанти розмiщення електричних зерядiв у полі Землi i знаходження результуючої сили, що дiє на довiльно обраний іюн. Розв’язання таких задач допоможе учням зрозумiти вплив штучно створених електричних полiв на протiкання обміну речовин у людському органiзмi, i як наслiдок — змiни в його станi.

Провiдiники в електростатичному колi. Продовжити роботу на озкайомлення учнiв з електртчним полем, як екологiчним фактором, учитель може повiдомленням такого історичного факту. Iталiєць Ф. Гардiні в 1793 р. вирішив перевiрити твердження абата П.Берталона про вплив електричного поля на живi органiзми. Він натягнув над своїм садом кiлька рядів дроту i почав чекати на врожай. Три роки над його садом вирували грози, але врожай не тiльки не пiдвищився, а, навпаки, частина дерев i кущiв зiвяла. У чому причина невдачi? Ознайомившись з поведiнкою провiдникiв у електричному полі, з розподiлом зарядiв на їх поверхнi, можна здогадатися, що причиною цього явища було те, що ряди дротяних блискавковiдповідiв створили над рослинами щось подiбне до сiти Фарадея. А як вiдомо, всеркдинi цієї стнки електричного поля немає. Отже, рослини не змогли нормально існувати в умовах вiдсутності електричного поля i розвивалися значно гірше нiж за звичайних умов.

На підтвердження цього висновку наводимо таке повiдомлення: «Встановлено, що зовнiшнi електростатичнi поля в широкому дiапазоні напруженiстю від 100 В/м до 800 кВ/м неоднаково впливають на рослик. Дія їх може бути як стимулююча, так i пригнічуюча. Високі напруженостi електричного поля викликають пошкодження рослин».

Напруженiсть електричного поля рiвномiрно зарядженої кулі. Доведено, що навколо Землi iснує електричне поле. Але як визначити його напруженiсть у кожнiй точцi! Це потрібно знати i бiологам, що займаються рослиництвом, i лiкарям, якi визначають причини зехворювань, і геологам, якi шукають кориснi копалини. У процесi анелiзу даної ситуації з’ясовуємо, що Землю можна вважати негативно зарядженою кулею, тому, щоб відповiсти на поставлене запитання, треба знати. як можна розрахувати напруженiсть електричного поля зарядженої кулi.

Пiсля знаходження відповідної формули та введення поняття про поверхневу густину заряду доцiльно розв’язати задачу такого змiсту (вона продовжить ознайомлення учнів з електричними характеристиками поля Землі

Враховуючи, що Земля має негативний заряд 5,7 Х 10 Кл, а радiус 6370 км, обчислити середній розкодiл заряду по поверхнi. Чи однакова поверхнева густина заряду у всiх точках планети? І чому? Що можна сказати про значення напруженостi електричного поля на поверхнi Землi i на межі атмосфери, яка знаходиться на висоті 100 км над рiвнем моря?

Визначаючи середню поверхневу густину заряду, ми не враховуємо рельєфу мiсцевостi. Проте густина заряду залежить не тільки від площi поверхн, а й вiд її кривизни. У зв’язку з цим можна вважати, що густина заряду приймає найбільше значення на вершинах гiр, дахiв, хмарочосiв.

Цей аналіз можна доповнити такою iнформацiєю. Помiчено цiкаву закономірність коливань напруженості електричного поля Зомлі, що збiгаються з періодами сонячної активності. Зареєстровано змiни річні і навiть добові, причому напруженість поля Землi у другiй половинi дня бiльша ніж вранці, досягає максимуму влітку i зменшується взимку. У середніх широтах вона вимiрюєтья сотнями вольтів на метр i зменшується до десятків вольтів на метр на полюсах i екваторі. І найцікавіше те, що в товщi земної кори в океані існує слабке поле, хоча теоретично його напруженiсть там повинна дорiвнювати нулю.

Діелектрики в електричному полi. Організувати пізнавальну діяльність учнів на цьому уроцi можна продовжуючи обговорення досліду, що демонстрував поведінку насіння в електричному полi конденсатора. Чому зерна орiєюнтувались подiбно до магнітних стрiлочок? А що відбудеться, якщо замість насіння помiстити в поле стебла рослин? Вони теж зорієнтуються вздовж силових ліній поля?

Вiдповiсти на ці запитання можна, тiльки знаючи особливості поведінки діелектриків в електричному полі, бо насіння i стебла належать саме до цього виду речовин. Поляризація рослин відбувається i в природі. У вертикальному положенi їх підтримує електричне поле Землi. З його допомогою вони реагують і піднімаються  вгору. Роль нижньої обкладки конденсатора відіграє Земля, а роль верхньої— позитивно заряджена iоносфера. Захоплюючого для учнів сільських шкiл може бути розповідь про «електричний бік » життя рослин. Нагадуємо ще раз про те, що атмосферне повітря насичене позитивними і негативними аерофонами. Напрям руху цих частинок встановити неважко: позитивні рухаються вниз до негативно зарядженої земної поверхні, а негативнi прямують угору до іоносфери. На представників рослинного свiту позитивні аерофони створюють стимулюючу дію. Досліди А.Чижевського свiдчать, що коли протягом 5...20 хв насіння огірків перебуває в електричному полі, його схожість збільшується на 14... 16%. Чому насіння пiсля короткочасного перебування в електричному полі так помітно змінює свої властивості?

Як вiдомо, в природi насіння формуєтъся влiтку, в перiод максимальної напруженості електричного поля Землi. Але ось наближається осiнь i поступово зменшується напруженiсть земного поля, затихає обмiн рочовин у клітинах рослин. З кожним днем, що наближає кiнець зими, збiльшується напруженiсть електричного поля Землi. І якщо в цей час насіння помiстити на короткий час у штучно створене електричне поле, то воно нiби наповнює насiння енергiєю, підганяє бiопотенціал клітини до лiтнього рівня. Тепер «пiд заряджені» зерна швидше пристосовуються до електричного поля Землi, i проростають активнiше. День за днем насіння тягне своє стебло до позетивно зарядженої iоносфери, а корiння зариваються все глибше i глябше в землю. Вліку стебла починають рости iнтенсивнiше, бо з кожним днем підвищується напруженіть електричного поля Землі i збiльшується кiлькiстъ позитивних аероiонiв у повiтрi. Коли ж припиниться ріст? Рослина тягтиметься вгору доти, поки сили поля, створеного різницею потенцiалiв «iоносфера — Земля», не зрiвноважаться силою тажiння самого стебла i тих речовин що рухаються по ньому. А як же рухатимуться iони поживних речовин? Негативнi рухаються вгору, до листя, а позитивні вниз — до кореня. Це всередині рослини., а зовні? Канадський професор Л. Мурр встановив, що з верхiвя рослин до Iоiносфери рухається потiк електронiв, а назустрiч йому на листя, мов дощ, сипляться позитивнi аероiони. Тому трави, древа, кущi можна вважати споживачами атмосферних зарядiв, якi негативно впливають на організм людини.

Коренева система позиттвно реагує на негативнi заряди, про це свiдчать дослідження вчентх, якi поклали мiж корiнням звичайних томатiв позитивно заряджений електрод, здатний витягувати з грунту негативні iони. Це привело до підвищення врожаю па 52 %. Виявилось також, що в добривах накопичується значний негативний заряд. Вчені вбачають у цьому один з можливих методiв підвищення врожаїв. Отже, враховуючи результати дослiджетнь, можна твердити, що використання штучно створених електричних полiв дасть можливість рiзко підвищити продуктивність i рентабельність сільського господарства. Питання вивчення  впливу  електричних полiв на сiльськогосподарськi культури можуть бути включені до програми бiофiзичого гуртка.

У процесі обговорення наведеної інформації учні повинні дійти висновку про складний характер природних явищ, про роль науки в їх пізнанні.

Пiд час закрiплення теми «Діелектрики в електричному колі доцiльнно звернути увагу учнiв на деякi процеси, якi вiдбуваються в організмі людини, їх пізнання дасть змогу на наступних етапах екологiчного виховання створення мови для розуміння причин реакцій живих організмiв на рiзні фактори навколишнього середовища.

1.Що є причиною поляризацiї молекул води в людському органiзмi?

2. Як можна зобразити орiєнтацiю диполiв води людського оргаiнiзму в електричному полi Землію

До вiдповiдей додаємо, що в середньому в 70 кг тiла людини 42 кг припадає на воду, в якій мiстяться аніони хлору i  котіони натрiю, калiю, кальцiю. Тому характер процесiв, що вiдбуваються в органiзмах живих iстот, певним чином зумовлюється дiєно електричного поля Землі. Зміна електростатичних параметрiв навколишнього середовища супроводиться порушенням обмiну речовин. Розвиток енергетики, електрифiкацiї промисловостi стали причиною порушення природного електростатичного фону, що згубно впливає і на здоров’я людей. У зв’язку з цим Інститут охорони працi розробив спецiальнi норми, за якими забороняється протягом 8 год перебувати в постійних електричних полях з 11аирЖо11iеннО поннад 60 000 В/м в змінених електричних полях з напруженістю понад 6000В/м.

Потенцiал електричного поля. З метою закріплення знань про енергетичну характеристику електричного поля доцільно запропонувати розв’язати деякi задачі, які продовжать їх ознайомлення з полем Землi. І. Заряд Землi створює поблизу її поверхні електричне поле, напруженість якого приблизно дорiвнює 130 В/м. Пд якою напругою перебуває людина, якщо її зріст 2 м? 2. Як можа захистити людину від штучно створених електричних полів?

Електроємнiсть. Як уже зазначалось, у повітряному просторі великих мiст концентрується велика кiлькiсть позетивних аероiонiв, які поділяють на логкi й важкi. Саме останiм головним чином викликають негативну реакцiю органтiзму людини. У звязку з цим  учням можна задати запитання: чому в промислових мiстах, де атмосфертне повiтря насичене пилом, димом i туманом, кiлькiстъ легких іонів зменшується,. важких зростає»? Крiм зясування причини збільшення кількості важких аероiонiв у повтрi, на уроках з цiєї теми можна залучити учнiв до розв’язування задач. З цiєю метою повідомляємо, що Земля є величезним конденсатором, ємнiсть якого дорівнює 2,3 Ф. Пропонуємо зобразити графiчно цей конденсатор i з’ясувати, чи є однорідним електростатичне поле Землі. 1. Тiло людини має ємність близько ЗО пФ. Якого радіуса куля має рiвнозначну ємнiсть? 2. Потенцiал стрiчки конвеєра в цехах, де складають галошi, дорiвнює 8000 В. Робiтницi, що сидять на деревних стільцях пiд час роботи, доторкаються до конвеєра i дiстають заряд. Вважаючи, що ємність людини дорівнює ЗО нФ, визначте величину заряду, якого набуває тiло робiтницi.

Електричний струм. Сила струму. Актуальним при вивчені теми електричний струм» є повiдомлення про його дію на органiзм людини Доцiльнiсть розповiд зумовлена насамперед тим, що в цьому вiці для учнів характерний підвищений інтерес до радіо і електротехніки, прагнення самостійно відремонтувати побутові електричні прилади. Необережнiсть у поводженні з електрикою може призвести до важких травм і навiть загибелi. У зв’язку з цим доцiльно звернути увагу учнiв на те, що коли людина має справу з іншими видами енергії, в більшості випадків вона відчуває небезпеку. Електричте поле не спричиняє явно вiдчутної дії на органи чуття i лишо при доторканнi до пошкодженого дроту людина  вiдчуває дію струму. Людський органiзм чутливiший до змінного струму. Постійний струм він відчуває, коли його значення досягає 12... 15 мА. Струм у 20...25 мА спричинює незначне скорочення мязів рук, параліч дихання наступає при силі струму 90…110мА, , Закон Ома для ділянки кола. Опiр. На якiсному рiвнi з iнформацiєю тро дiю струму на людину учнi ознайомилися у 8—му класi. У 10—му є нагода розглянути причини цієї дії і обґрунтувати правила безпечної поведінки у відповідних приміщеннях. З цiєю метою тпропонуємо учням згадати,  що сила струму, який проходить крiзь тіло людини, залежить вiд прикладеної напруги і опору тіла. Кістки, хрящі, жир і шкіра мають великий опір, а кров і м’язи — незначний. Найбiльший опір струму спричиняє верхнiй шар шкіри, але вiн дуже тонкий i вже при напрузi 250В руйнується. При сухiй неушкодженій шкiрi опiр тiла людини може мати значення вiд 40 Ом до 200 кОм. Якщо струм проходить по тiлу тривалий час, опiр тiла зменшується. А зменшення опору, згiдно iз законом Ома, зумовлює збільшення сили струму при незмінній напрузі. Внаслiдок цього небезпека ураження струмом зростає.

Якщо пiд час доторкання до джерела напруги струм малий і людина вiдчуває лише леггi судороги, то з часом вони підсилюються i в зв’язку iз зменшенням опору і зростанням сили струму струну людина вже не може вiдiрвати руки вiд провiдникiв. Подальше зменшення опору супроводиться втратою дихання i загибеллю.

Таким чином, дiя електричного струму на людину залежить від багатьох факторiв. Основнi фактори, що мають безпосередній вплив на стан організму можна умовно поділити на три групи:

1. Фактори, що характеризуються електричними  параметрами електрообладнання (вид  напруги, значення напруги, частота струму, тривалість дiї). 2. Фактори, що залежать від індивідуальних  фізіологічних і психологічних особливостей людини (електричний опiр, шлях струму). 3. Фактори, що характеризують навколишнє середовище.

Учням пропонуємо пояснити, чому проведена саме така їх класифікація. Корисним з точки зору розуміння фiзичних процесів може бути зясування вiдповiдей на запитання: чому до приміщень з підвищеною небезпекою відносять ті, для яких характерна наявність хоча б однієї з таких умов: а) відносна вологiстъ тривалий час перевищує 75 % або є струмом провідний пил ;б)струмопровідна підлога; в) висока температура (понад 35 °С); г) можливість одночасного доторкання до заземлених металоконструкцій з одного боку і до металічного корпуса електрообладнання — з другого.

Чому ж такi умови вважаються небезпечними для життя? Поясніть.

Пiд час закріплення закону Ома можна запропонувати учням вiдповiсти  на запитання: для визначення підземних запасів прісної води через певні ділянки грунту пропускають електричний струм і визначають розподiл потенціалу на поверхні ґрунту. Яка залежнiсть лежить в основі цього методу? Аналiзуючи вiдповiдь, з’ясовуємо, що спад напруги на ділянцi кола залежить вiд її опору. Шари прісної води мають набагато більший опір Ніж солоної. Отже. вказана залежність мiж фізичними величинами може бути використана для вирiшеня  проблеми прісної води.

Приступаючи до вивчення роздiлу «Магнітне поле», вчитель повинен враховувати, що на першому ступені вивчення  фiзики з цим екологічним  фактором учні  вже ознайомилися. У зв’язку з цим до змiсту екологiчного навчання в 10—му класі можна включити висвітлення характеристик природного магнітного поля, розкриття причин його дiї на організм людини, ознайомлення з джерелами штучних магнітних полів.

 

Магнітне поле

Вектор магнітної  iндукцiї. Пiсля вивчення основних властивостей магнітного поля можна звернути увагу на те, що магнітне ноле Землi, в якому виникло і  розвивалось життя на планеті не є стабільним  екологічним фактором його значення постійно змінюється, оскільки визначається двома джерелами. Перше — це Земля, яка являє собою величезний магнiт, а друге — відносно слабкіше — потони заряджених частинок (іонів) у верхніх шарах атмосфери. Добовi коливання температури атмосфери приводять до відповідних змін швидкості іонних потоків в атмосфері. В результаті другий компонент магнітного поля Землі протягом доби змінюється з амплітудою коливань від 3 • 1 0 Тл до 6 • 1 0 Тл.Учням, у зв’язку з цим, доцiльно запропонувати пояснити причини змін числового значення індукції магнітного поля  iоносфери. Характеризуючи  власне магнітне  поле Землi, можна повiдомити, що його значення на полюсi досягає 6 • 1 0 Тл. Вченi вважають, що розвиток життя на нашій планеті  відбувався в полі індукцією 5 • 1 0 Тл.

Оскiльки учням вiдомо, за яких умов виникає магнітне поле, доцiльно з’ясувати з ними питання : Чи змінився природний магнітний  фон пiсля  винайдення та використання машин електричного струму? Знайти джерела штучно створених магнітних полів у навколишньому серидовищi; оцінити їх екологічність.

На підтвердження вiдповiдей додаємо, що з розвитком промисловості, і збільшенням  кiлькостi побутових електричних машин загальний магнітний фон, що оточує людину, багаторазово підсилився. Тепер не виникає сумнiву щодо вiдхилення в діяльності нервової системи що виникає у людей, які довгий час перебувають час у сильних магнітних полях. Порушення в органiзмi внаслiдок дії магнітних полiв характеризується головними болями, захворюваннями  серця, погіршенням  апетиту. Тому штучно створене магнітне поле гігієністи вiдносять до несприятливих факторiв навколишнього середовища.

Сила Лоренца

Питання про реакцію живих істот на магнітне поле не нове. Але те, як птахи, риби та інші представники фауни можуть відчувати магнітне поле і реагувати на його зміни порівняно з геомагнітним полем, довгий час було невідомим. Наприклад, акули і сідати відчувають ЕРС яка виникне на протилежних кінцях тіла цих риб під час руху в магнітному полі. Електро – чутливим приладом в них є електрорецептори, розміщені вздовж бакової лінії тіла. Учням пропонуємо відповісти на запитання: 1. Яка складова магнітного поля Землі може зумовити виникнення ЕРС? 2.За яким правилом можна визначити розподіл зарядів на поверхні тіла рухомих істот? 3. Що для цього треба знати? 4. Визначити можливий розподіл зарядів у тілі акули, обравши довільно напрям її руху. (За правилом лівої руки, без особливих труднощів, учні зможуть визначити полярність такого «джерела напруги»).

         Потім можна запитати: « Чи проходитиме електричний струм у колі, зовнішньою частиною якого є морська вода?» Так, бо в ні є багато іонів, які під дією ЕРС почнуть рухатись спрямовано, тобто потече електричний струм. Зміна напряму магнітного поля викликає відповідні зміни в значенні ЕРС, і риби реагують на них.

Доцільно навести учням  таку інформацію. За допомогою електрорецепторів риби здатні уловлювати напрям магнітного поля Землі, рухаючись зі швидкістю всього 1 см/с.

Ще до однієї природоохоронної проблеми може звернутися вчитель під час закріплення цього матеріалу – проблеми прісної води. Відомо, що вже тепер людству  не вистачає прісної води, що дефіцити все більше зростає, тому питання очищення води і опріснення її стоїть особливо гостро. Спроби опрісняти горську воду відомі ще за часів античності. У ХVІ ст. англійська королева Єлизавета і встановила премію за дешевий засіб опріснення морської води, але премія ще й досі нікому не видана.

У запропонованiй установцi морська вода проходить по трубопроводу через поле ультрафiолетового випромінювання, що веде до збільшення зарядів домішок. Учням пропонуємо довести до кiнця конструктивне рішення, запропонувавши їм для виділення зарядiв з розчину можливість скористатися силою Лоренца. При цьому додаємо, що за один цикл у подiбнiй установцi можна видалити з води близько 90% iонiв домiшок.

 

Магнітні властивості речовини

Цiкавим для учнів буде розгляд ще однієї з можливих причин взаємодії організму iз зовнiшвнiм магнітним полем, яку в якостi гiпотези висувають ученi.

Як вiдомо, в органiзмi людини i всiх представникiв тваринного i рослинного свiту зiбрана зчачна частина елементiв системи Менделєєва. Бонн внаслiдок своїх магнітних властивостей по-рiзному взаємодiють із зонiшнiм магнiтним полем. Однi мають властивості феромагнетикiв(залiзо, нiкель, кобальт), другi— парамагнетнкiв (марганець, алюміній, хром, платина, кисень, калiй, і натрiй, свинець), третi — дiамагнетикiв (хлор, цинк, срiбло, мідь, сiрка, вуглекислий газ). А оскільки рiзнi елементи накопичуються в окремих органах, то в цiлому i органи набувають феромагнітних, парамагнітних i діамагнітних властивостей.

Ціною  з точки зору екологiчного виховання може бути випущена в бібліотеці «Квант» книжка К. Ю. Богданова «Физик у гостях у биолога». У нiй висвiтлюються результати досліджень учених з проблеми «Магнітнi явища в живих органiзмах». Зокрема, розглядаються експерементальнi дані, що підтверджують наявнiсть у тiлi живої iстоти постiйних магнiтiв. За останi 20 рокiв постiйнi магнiти були виявленi у багатьох видiв живих істот (вiд бактерiй до людини). Так, у молюсків роль магнітів відіграють  зуби, до складу яких входять кристали магнетиту. Навiть свої назави деякi бактерії дiстали внаслiдок того, що в них було знайдено залiзо. Своєю поведiнкою в магнiтному полi вони нагадують однодоменнi феромагнетики. Тому i нарекли їх залiзобактерiями. Дослiдження показали, що магнiтний момент таких бактерiй досягає значення, достатнього для орієнтації в магнітному полі Землi. Залiзобактерiї досить поширені в природі. У багатьох водоймищах вони становлять понад половину всього бактеріопланктону, а в грунтi - до 20 % мiкрофлори.

В одному з параграфiв теми «Магнiтне поле» передбачається ознайомити учнiв з будовою i дiєю магнiтометра. За допомогою магнiтометра було вимiряно кiлькiсть магнетиту в тiлi бджоли (10 доменiв). Великi магнiтнi областi рзмiром до 0,1 мм були зафiксовані в м’язах шиї голуба. Отримано данi, на основi яких ученi стверджують, що й люди здатнi вiдчувати магнiтне поле. Дослiдження тканин людини дало змогу виявити в дiлянцi коса магнiтнi частинки, такi самi за формою і складом, як у тварин, що володiють магнітним чуттям. Певний iнтерес з точки зору екологiчного вихованняя учнiв має пояснення причини масової загибелі китоподібних на морських та океанських узбережжях. Вивчення  геомагнітних характеристик районiв загибелі китоподібних показало, що бiльшiсть, із них збігається з місцями де лінія  берега океану орієнтована майже перпендикулярно до лiнiй магнітного поля. Тому важають що причиною масового викидання на берег мігруючих китоподібних є їх неспрможність своєчасно відмовитись від орiєнтації за магнiтним компасом i скористатись iншими органами чуття.

Можна запропонувати учням відповісти на запитання; «Чому саме в тропічних місцях риiби втрачають можливiсть відчувати магнітне поле Землi? Чи можна застосувати в даному випадку правило лiвої руки для визначення напряму зміщення зарядів у тілі китоподібних?»

Вивчення феромагнітних властивостей речовини дає змогу вчителевi включити до уроку питання про один з можливих засобiв очищення повiтря від металiчних домiшок. Так, мартенiвська піч протягом години викидає у навколишнє серидовище 500 кг найдрібнiших частинок залiза. Аналогічні викиди супроджують роботу

конверторiв, електроплавильних агрегатів. Досить сказати, що кожного року вони «збагачують» повiтря понад 1 млн. тон пилу з високим вмістои заліза. Як видобути метал з цього пилу? IIропонуємо учням помiркувати над цим запитанням. У процесi обговорення проектiв очищення повiтря, які розробляють учнi, вчитель додає, що технологічно це питання розвязується так: подібно до ошурків у магнітному полi, частинки металу укрупнюютъся, а потiм самi опадають. Отже, проводиться очищення повiтря i стiчних вод вiд домiшок заліза ще до одинiєї важливої проблеми охорони природи учитель може, за бажанням, привернути увагу учнів. Це проблема енергетичних ресурсiв. Як вiдомо, тепер інтенсивно ведуться пошуки нетрадиційних джерел енергії. Один з цікавих проектiв належитъ московському інженеру — винахіднику О.Г.Преснякову, вiв запропонував проект нескладної конструкції геліотурбіни, яка працює на принцтпi змінни феромагнiтних властивостей спеціального сплаву під час переходу через точку Кюрі.

Як працює така установка? Ротор складається з тонкостiнної оболонки, яка має температуру навколишнього середовища. Виготовлена вона iз спеціального сплаву, який пiд час нагрівання втрачає властивість притягуватися до магніту. Ротор нерухомий, бо з обох боків зрiвноважений однаковими силами прмтягання до магнітів. Якщо ж спрямувати сонячні променi на невеличку ділянку ротора, рівновага порушується. Нагрiта частина втрачає магнітні властивостi і не притягується до магнiту. Ротор починає рухатися по колу. При цьому нагрiта дiлянка охолоджується і знову потрапляє в поле дії магнітних сил.

Для створення такого генератора використовують магніти з великою індукцією і строгоi орієнтованим магнiтним полем (анiзотропнi керамічні магнiти). Сплав для ротора мас температуру Кюрі 65 °С, а при термiчнiй обробцi її можна знизити до 36,6 °С.

 

Електричний струм у різних середовищах

 «Електричний струм у різних середовищах» сприятливий  для розв’язання завдань екологiчного виховання. У логiчному взаємозвязку з вивченням передбаченого програмою фізичного матерiалу вчитель дiстає можливiсть розглянути проблеми забруднення атмосфери i рацiоннального використання енергетичних і природних ресурсiв, спинитися на проблемi харчових ресурсів тощо. Розглянемо докладнiше цi можливостi. Електричний струм у напівпровідниках. Теплове забруднення води вiдходами виробництва є однiєю з головних причин зменшення кількості представникiв живої природи, що мешкають у водi. Тому контроль за температурою води повинен бути швидким і подійним. У випадку для випромінювання температури стічних вод використовують фотодіоди, які дають змогу фіксувати зміни температури на відстані з точністю до 0,1°С. Поясніть принцип дії такого приладу.

Аналогічно може бути використана властивість напівпровідників змінювати свій опір залежно від освітленості. Саме ця залежність дає змогу визначити запиленість повітря за допомогою фоторезистора.

Пропонуємо  учням вдома поміркувати над проектом можливої установки для контролю за станом повітря на залізобетонних та цегельних заводах.

         На наступному уроці під час обговорення проектів звертаємо увагу на важливість здійснення контролю за станом води й повітря. Наголошуємо, що рішенями ХХVІІ зїзду КПРС передбачається «підвищити дієвість державного контролю за станом природного середовища і джерелами забруднення, поліпшити технічне оснащення цієї служби ефективними автоматичними приладами та обладнанням».

 

Електричний струм у рідинах

Притупаючи до вивчення цієї теми, вчитель повинен передбачити можливiсть включення до уроків матерiалу екологiчної спрямованості. IIриклаiв для цього в додатковiй літературі можна знайти багато. Пропонуємо деякі з них, що стосуються  проблем збереження природних ресурсiв, очищення водоймищ, боротьби з бур’янами без хiмiкатів. Вирішення питання корозії металевих конструкцiй тiсно пов’язане з проблемою економiї природних ресурсiв. Щоб ознайомити учнів з деякими способами боротьби з корозiєю, пропонуємо їм розглянути такi запитання:

1. До якого полюса джерела струму треба приєднати труби залізного трубопроводу, щоб запобігти їх корозi вгрунті?Вiдповiдь. До негативного, щоб негативнi іони ОН—, якi окисляютъ залiзо, не могли досягти поверхні труб. 2. З якої причини рейцi трамваю надають негативного заряду? Вiдповідь. У цьому випадку з грунтової води, в якiй розчинено багато рiзних солей, на поверхню рейки потрапляють позетивнi iони, якi не вступають у хiмiчну реакцію iз залiзом.

Ще одна галузь застосування iоної провідності в рідинi має безпосереднє вiдношеня до охорони природи. Пiд час будiвництва великих водосховищ завжди трапляються мілководнi дiлянки. У них швидко розвиваються синьо—зелені водоростi, які шкiдливо впливають на водоймища. Проте виявилося, що водоростi поводяться в рiдинi подiбно до iонiв i осiдають на позитивному електроді гальванiчної пари.

Цiкавим з точки зору вирішення проблеми харчових ресурсів є електроiскровий засiб боротьби з бур’янами. Той факт, що Земля має негатиний заряд і в стеблах росли є гiдроiони, забезпечив можливiсть використання мехаюнзму електричного розряду в рiдинах для знищування бур’янів. Принципово цей процес  можна описати

так: горизонтальний елоктрод, вiдрегульований за висотою буряну, пiд час руху доторкається до його верхiвки. Стебло буряну проводить струм, величина ,якого для рослини виявляється згубною. Як домашнє завдання можна запропонувати учням взяти участь у конкурсi за премiю Єлизавети за найдешевший засіб опрiснення морської води. Але в основу розроблюваного засобу треба покласти знання про механiзм проходження електричного струму в рiдинах.

Електричний струм у газах

Знання про природу електричного струму в газах дають змогу ознайомити учнів з однією з фізичних характеристик атмосфери – електропровідністю. Як зазначалося раніше, атмосферне повітря завжди іонізоване його іонізація відбувається під дією космічного випромінювання і випромінювання радіоактивних елементів, що містяться в грунті.Зовсім недавно стало відомо, що електропровідність атмосфери в періоди ядерних випробувань значно зростає. Пропонуємо учням пояснити причини зростання електропровідності атмосфери. Після обговорення повідомляємо, що в процесі експлуатації АЕС до атмосфери потрапляє радіоактивний критон – 85 з періодом піврозпаду 10 років. На онові між предметних зв’язків ахімією визначаємо хімічні властивості цього елемента і прогнозуємо його поведінку в атмосфері (накопичується, хімічно й біологічно неповязується, у дощовій воді не розчиняється). Пропонуємо учням відповісти на запитання: «Чи вплине криптон- 85 на електропровідність атмосфери? Чому»? Після аналізу відповідей додаємо, що в 2000 році кількість радіоактивного криптону в повітрі досягнено такої величини, що іонізація повітря впливатиме на електричні властивості