درس هفتم: انرژي چيست؟

درس در يك نگاه:                                 

دانش آموزان با انجام فعاليت هاي مختلف با منابع اصلي تامين انرژي مورد نياز انسان مانند سوخت ها، آب جاري و باد آشنا مي شوند. خورشيد را به عنوان يك منبع مهم تامين انرژي مي شناسند و به اهميت صرفه جويي در منابع انرژي و استفاده درست از آن پي مي برند.

آن چه دانش آموزان در مورد «جانوران» مي دانند:

سال اول:خورشيد منبع بزرگ گرما و نور است.

سال دوم: -

سال سوم: براي انجام كارها انرژي لازم است؛ انرژي به شكل هاي مختلف مانند انرژي گرمايي، حركتي، نوراني،‌الكتريكي و صوتي وجود دارد؛ انرژي ها به يك ديگر تبديل مي شوند.

هدف ها: انتظار مي رود در فرآيند آموزش اين درس هر دانش آموز به هدف هاي زير برسد:

مهارت ها ، دانستني ها

1- بعضي از منابع اصلي انرژي را با ذكر مثال نام ببرد.

2- موارد مختلف استفاده از انرژي خورشيدي را با ذكر مثال بيان كند.

3- چرخ آبي، چرخ بادي و آب گرم كن خورشيدي بسازد. (كاربرد ابزار)

4- براي استفاده از منابع اصلي انرژي مثل آب و باد مثال بزند.

5- براي استفاده از انرژي باد يا آب وسيله اي طراحي كند.

6- منابع مختلف انرژي را با هم مقايسه كند و مزايا و معايب هر كدام را بيان كند.

نگرش ها

1- نسبت به صرفه جويي در منابع انرژي و استفاده ي درست از آن علاقه مند شود.

2- ضوابط كار گروهي را رعايت كند.

3- در حفاظت از محيط زيست بكوشد.

دانستني هاي براي معلم

منابع انرژي

از منابع مهم انرژي سوخت ها هستند، انسان بيش تر انرژي مورد نياز خود را از سوزاندن سوخت هاي فسيلي مثل زغال سنگ نفت و گاز طبيعي به دست مي آورد. اين سوخت ها ميليون ها سال قبل، از بقاياي گياهان و جانوراني كه مرده اند يا از بين رفته اند به وجود آمده اند. در هر ساعت تقريباً 1000000تن از سوخت هاي فسيلي سوزانده مي شود كه جايگزين كردن اين مقدار ميليون ها سال طول مي كشد. مشكل ديگر اين سوخت ها اين است كه آلوده كننده محيط زيست هستند و با سوزاندن آن ها گازهاي سمي به اتمسفر و يا جو زمين راه مي يابند و سپس به صورت باران اسيدي بر زمين مي ريزند و مناطق وسيعي از جنگل ها و درياها را آلوده مي كنند. بعضي از اين گازها در اثر گلخانه اي نيز نقش دارند و موجب افزايش گرماي جو مي شوند.

اثر گلخانه اي: با انباشته شدن دي اكسيد كربن يا گاز كربنيك در جو زمين كه عمدتاً حاصل فعاليت هاي روز افزون صنعتي شدن و سوزاندن انواع سوخت هاست، گرما نمي تواند از سطح زمين خارج شود و دما بالا مي رود. در گلخانه نيز پوشش شيشه اي همين اثر را دارد و با جلوگيري از خروج گرما فضاي داخل را گرم نگه مي دارد، به اين ترتيب به بعضي گازهايي را كه در اثر سوزاندن سوخت هاي فسيلي در هوا آزاد مي شوند، گازهاي گلخانه اي مي نامند، زيرا آن ها از خروج گرماي خورشيد جلوگيري مي كنند. در شرايط عادي بخش عمده انرژي اي كه از خورشيد به زمين مي رسد دوباره به فضا باز مي گردد. دانشمندان نگران آن هستند كه با افزايش مقدار دي اكسيد كربن در اتمسفر و افزايش تدريجي دماي زمين يخ هاي قطبي ذوب شوند و مناطق وسيعي از خشكي زير آب برود. به اين دليل به دنبال آن منابع انرژي هستند كه آلوده كننده نيستند و تجديدپذيرند، مثل انرژي باد و يا آب.

انرژي باد: در گذشته از انرژي باد براي به حركت درآوردن قايق ها و كشتي ها و آسياب كردن استفاده مي شده است و امروزه در بسياري از نقاط جهان از انرژي باد براي توليد برق استفاده مي شود. در اين روش هيچ نوع آلودگي به وجود نمي آيد و محيط زيست صدمه نمي بيند.

انرژي آب: زمين را آب فرا گرفته ، آب اقيانوس ها و رودها دائماً در جريان است. امواج جريان هاي دريايي، جزر و مدها رودهاي خروشان و آبشارها همگي انرژي جنبشي يا حركتي فراواني دارند. اين انرژي منبعي مناسب براي توليد الكتريسيته است. هر چه بيشتر بتوانيم از انرژي آب استفاده كنيم نيازمان به منابع موجود انرژي نظير سوخت هاي فسيلي كاهش مي يابد.

جريان آب يكي از قديمي ترين منابع انرژي است چرخ آبي احتمالاً حدود صد سال قبل از ميلاد مسيح و در يونان مورد استفاده قرار گرفت، در قرون وسطي در سراسر اروپا و آسيا از چرخ هاي آبي براي آسياب غلات، به كار انداختن دَم و پتك آهنگري ها و آبياري مزارع استفاده مي شد. آسياب هاي جزر و مدي كه در دهانه رودها يا خليج هاي باريك ساخته مي شدند نيز موارد استفاده مشابهي داشتند.

چرخ هاي آبي منبع انرژي اصلي انقلاب صنعتي بود و ماشين آلات اولين كارخانه ها را به حركت درمي آورد. اين كارخانه ها را عمدتاً درحاشيه رودها مي ساختند زيرا، آب به عنوان يك منبع انرژي هميشه در دسترس بود. سرانجام با اختراع موتور بخار كه مي توانست ماشين آلات بزرگتري را به حركت درآورد، اين چرخ ها كنار گذاشته شدند و اكنون انرژي آبي كه آن ها را مي چرخاند به هدر مي رود.

انرژي جزر و مد: جاذبه يا گرانش خورشيد و ماه هر روز زمين را به سوي خود مي كشد و همين سبب مي شود كه مقادير زيادي آب در گوشه و كنار درياهاي جهان جابه جا شود. ما اين جابه جايي ها يا حركات را جزر و مد مي ناميم. حدود 1000 سال قبل براي نخستين بار انرژي جزر و مد مهار شد. هنگام مد آب را پشت يك دريچه نگه مي داشتند و پس از جزر يا فرونشستن مد دريچه را باز مي كردند تا جريانِ آب ، چرخ آب را به حركت درآورد. نيروگاه هاي برق جزر و مدي جديد نيز، به همين روش كار مي كنند. با فرا رسيدن مد آب در پشت يك بند يا ديوار بزرگ جمع مي شود و هنگام جزر آب در پشت يك بند يا ديوار بزرگ جمع مي شود و هنگام جزر آب درون توربين ها سرازير مي گردد تا برق توليد شود.

انرژي خورشيد: يكي از منابع بزرگ انرژي خورشيد است. خورشيد منشاء تمام انرژي هاي موجود در زمين است خورشيد انرژي فراوانش را بي وقفه در فضاي بيكران پخش مي كند.خورشيد از گازهاي هليوم و هيدروژن ساخته شده است. هيدروژن طي انفجارهايي عظيم پيوسته به هليوم تبديل مي شود كه حاصل اين فعل و انفعال آزاد شدن مقدار زيادي انرژي است.

انسان هزاران سال است كه از اين انرژي در موارد مختلف استفاده مي كند. امروزه در پي آن هستند كه انرژي خورشيد را جايگزين انرژي حاصل از سوخت هاي فسيلي كنند و استفاده از انرژي خورشيد براي گرم كردن خانه در زمستان، پختن غذا، شيرين كردن آب درياها و توليد الكتريسيته با استفاده از سلول هاي خورشيدي بسيار مورد توجه قرار گرفته است و بشر اميدوار است انرژي خورشيد را به عنوان يك منبع انرژي سالم جايگزين انرژي سوخت هاي فسيلي كند.

انرژي هسته اي: انرژي هسته اي بخشي از برق مورد نياز كشورها را تامين مي كند. براي اين كار از انرژي ذخيره شده در هسته اتم كه در مركز اتم قرار دارد، استفاده مي شود.بعضي از هسته هاي سنگين را مي توان شكافت و به دو جزء سبك تر تبديل كرد. در اين فرآيند كه شكافت هسته اي ناميده مي شود. مقدار بسيار زيادي گرما آزاد مي شود، كه در نيروگاه هاي هسته اي از آن براي جوشاندن آب و چرخاندن توربين با بخار آب استفاده مي شود. انرژي هسته اي مي تواند نياز انسان را براي صدها و هزاران سال آينده تامين كند. آيا استفاده از آن بي خطر است؟ بسياري از دانشمندان آن را بي خطر مي دانند اما ممكن است حوادثي هم رخ دهد.

نگاهي به آينده انرژي: شكافت هسته اي تنها فرآيند هسته اي نيست كه انرژي بسيار زيادي توليد مي كند، با به هم پيوستن هسته هاي هيدروژن نيز انرژي فراواني آزاد مي شود. اين فرآيند «گداخت» يا «جوش هسته» ناميده مي شود و همان فرآيندي است كه در خورشيد انجام مي شود. در كشورهاي متعددي تلاش براي ساختن نيروگاه گداخت هسته اي ادامه دارد. انتظار مي رود كه در قرن 21 ميلادي گداخت هسته اي يك منبع مهم براي توليد برق شود. اين فرآيند پس مانده ي خطرناك و تابش فاجعه آميز ندارد.