CZY WARTO OSZCZĘDZAĆ ENERGIĘ ELEKTRYCZNĄ?

Praca wykonana na zajęciach w ramach projektu

DOBRY KURS NA EDUKACJĘ przez uczniów klasy IIIb Gimnazjum w Sycewicach

Co to jest prąd elektryczny?

Autorzy:Paulina Kłudka

Sylwek Lewanowski

PRĄD ELEKTRYCZNY jest to uporządkowany ruch swobodnych ładunków wywołany różnicą potencjałów.

WARUNKI POWSTANIA PRĄDU ELEKTRYCZNEGO:

• nośniki ładunku muszą mieć możliwość poruszania się w przestrzeni tzn. nie być unieruchomione w sieci krystalicznej

• musi istnieć przyczyna ruchu (siła elektryczna FE=qE, dyfuzja, unoszenie)

NOŚNIKI PRĄDU ELEKTRYCZNEGO

substancja przewodząca nośnik

przewodnik elektrony walencyjne

elektrolit jony + i -

gaz jony i elektrony

półprzewodnik elektrony i dziury

próżnia dowolny rodzaj ładunków

Skutki przepływu prądu elektrycznego• ciepło• pole magnetyczne• praca mechaniczna • zmiany chemiczne (elektroliza)• światło (dioda świecąca)

Prąd przewodzenia jest to prąd elektryczny polegający na przemieszczaniu się elektronów swobodnych lub jonów w środowisku przewodzącym, pod wpływem pola elektrycznego.Prąd przesunięcia jest to prąd elektryczny występujący w dielektryku polegający na przemieszczaniu się ładunków dodatnich i ujemnych wewnątrz atomu bez naruszenia struktury atomowej materii.Prąd unoszenia zwany również prądem konwekcji, jest to prąd elektryczny polegający na ruchu ładunków elektrycznych wraz z materią w środowisku nieprzewodzącym. Przykładem prądu unoszenia jest strumień elektronów w próżni, ruch ładunków wraz z parą wodną, strumieniem pyłu materialnego itp. Prąd unoszenia jest zatem ruchem naładowanych cząstek.

Natężenie prądu elektrycznego stałego.Jest to stosunek ładunku przepływającego przez poprzeczny przekrój

przewodnika do czasu jego przepływu :

s

CA

T

QI

Jeden Amper to natężenie takiego prądu, który płynąc w dwóch nieskończenie cienkich, długich, umieszczonych w próżni, równoległych przewodnikach wywołuje oddziaływanie tych przewodników na siebie siłą F= 2*10-7 N na każdy metr długości.

Gęstością prądu elektrycznego nazywamy stosunek natężenia prądu do powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika przez który prąd płynie.

Kierunek przepływu prądu.Na schematach elektrycznych określamy umowny kierunek przepływu prądu od + do -

Obwód elektryczny tworzą elementy połączone ze sobą w taki sposób, że istnieje co najmniej jedna droga zamknięta dla przepływu prądu.

Elementy obwodów dzielimy na pasywne i aktywne

Elementy aktywne dostarczają do obwodu energię elektryczną – źródła napięciowe lub prądowe.

Elementy pasywne rozpraszają energię elektryczną (zamieniają na inny rodzaj energii, np. rezystory) lub magazynują energię pod postacią energii pola w polu elektrycznym (kondensatory) lub magnetycznym (indukcyjności).

żarówka

woltomierz

amperomierzA

Vopornik stały

opornik suwakowyźródło napięcia

kondensator

wyłącznik

cewka

Prawo OhmaNatężenie prądu zależy wprost proporcjonalnie od napięcia i odwrotnie proporcjonalnie od rezystancji:

Prawo Ohma jest spełnione tylko wtedy, gdy rezystancja nie zależy od napięcia ani od natężenia prądu.OznaczeniaR - rezystancja; U - różnica potencjałów (napięcie); I - natężenie prądu

Prawo Ohma dla obwodu zamkniętego:

OznaczeniaR - rezystancja obciążenia; E - siła elektromotoryczna ogniwa; I - natężenie prądu; rW - rezystancja wewnętrzna ogniwa.

VA

R

UI

wrR

EI

OPÓR ELEKTRYCZNY

Opór elektryczny (rezystancja) to wynik oddziaływania elektronów przewodnictwa z jonami sieci krystalicznej.

Opór elektryczny ma wartość 1 gdy natężenie przy napięciu 1 V ma wartość 1 A.Jest to zależność empiryczna i obowiązuje w ograniczonym zakresie, gdyż rezystancja elementów zależy od wielu czynników takich jak temperatura, wartość napięcia i prądu, częstotliwość itd. Zależność ta jest bardzo często nieliniowa. Spotyka się też pojęcie rezystancji dynamicznej

][S

lR

Wartość rezystancji zależy od temperatury

OznaczeniaR - opór; ρ - opór właściwy (cecha charakterystyczna substancji); l - długość przewodnika; S - pole powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika; R0 - opór w danej temperaturze;  ‑ temperaturowy współczynnik oporu (cecha charakterystyczna substancji); T - różnica temperatur;

R R T 0 1( )

Łączenie rezystorów

Łączenie szeregowe:

Oznaczenia

R- rezystancja wypadkowa układu;

R1,R2,R3 - rezystancje poszczególnych oporników; U - różnica potencjałów (napięcie);

U1,U2,U3 – spadki napięć na poszczególnych rezystorach;

321 RRRR

321

321

RIRIRIRI

UUUU

R1 R2 R3

U1 U2 U3

U

I

Łączenie rezystorówŁączenie równoległe:

Oznaczenia

R - rezystancja wypadkowa układu; R1,R2,R3 - rezystancje poszczególnych rezystorów; U - różnica potencjałów (napięcie); I1,I2,I3 - natężenia prądu

w poszczególnych rezystorach;

321 R1

R1

R1

R1

321

321

R

U

R

U

R

U

R

U

IIII

Praca prądu elektrycznego stałego.

OznaczeniaW - praca; R- rezystancja; U - różnica potencjałów (napięcie); T - czas przepływu; I - natężenie;

Moc prądu elektrycznego stałego.

OznaczeniaP - moc; W - praca; U - różnica potencjałów (napięcie); T - czas wykonywania pracy; I – natężenie prądu;

RTIR

TUTIUW 2

2

[ ]VAs J

IUTW

P [ ]J

sW

Prawo Joula-Lenza.Ilość wydzielonego ciepła na przewodniku jest równa pracy prądu elektrycznego, jaką on wykonał podczas przejścia przez obwód:

Q=WJeżeli w obwodzie zmienia się temperatura, to ciepło liczymy wg

wzoru: Q=m*c*ΔTOznaczeniaQ - Ilość wydzielonego ciepła na przewodniku; W - praca; m - masa; c - ciepło właściwe (cecha charakterystyczna danej substancji); T - zmiana temperatury

Sprawność urządzeń elektrycznych.Sprawność urządzenia elektrycznego:

Oznaczenia - sprawność urządzenia elektrycznego; PZ - moc zużyta do przez urządzenie; PP - moc pobrana przez urządzenie

P

PZ

P

100%

Podstawowe stany pracy obwodu elektrycznego• stan jałowy• stan obciążenia• stan zwarcia Stan jałowyW obwodzie stan taki uzyskuje się przez otwarcie wyłącznika ( istnieją stany jałowe innych urządzeń np. silnika, transformatora).W stanie jałowym moc użyteczna równa jest zeru.W praktyce stan jałowy jest wykorzystywany do pomiarów napięć źródłowych Uz (sił elektromotorycznych).

Stan obciążeniaStan obciążenia odpowiada przedziałowi wartości prądów pracy. Zmiany natężenia prądu wywołują zmiany napięcia na odbiornikach. Wahania napięcia nie powinny przekraczać wartości dopuszczalnych. Aby to osiągnąć Rp (rezystancja przewodów łączących) i Rw (rezystancja wewnętrzna źródła zasilania) muszą mieć wartości wystarczająco małe.Rezystancje wewnętrzne generatorów mocy są w praktyce bardzo małe.Rezystancje przewodów zależą od zastosowanego (dobranego) przewodu.

Wnioski

1. Sprawność obwodu zależy od warunków elektrycznych obwodu (koszty) - trzeba je świadomie kształtować

2. Aby uzyskać duże wartości sprawności (małe straty) rezystancja zewnętrzna musi być znacznie większa od rezystancji wewnętrznej źródła - obwody energetyczne

3. Aby uzyskać maksymalną moc należy stosować stan dopasowania Rw=Ro - obwody elektroniczne (o słabych źródłach - małej mocy)

wo

o

c

o

RR

R

P

P

Napięcie, praca i moc prądu elektrycznego

Autorzy:

Rafał Sławski

Dawid Pondel

Napięcie elektryczne

• Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku.,przy czym zakłada się, że przenoszony ładunek jest na tyle mały, iż nie wpływa znacząco na zewnętrzne pole elektryczne.

• W przypadku źródła napięcia (prądu) elektrycznego napięcie jest jego najważniejszym parametrem i określa zdolność źródła energii elektrycznej do wykonania pracy. Napięcie mierzone na zaciskach źródła napięcia jest mniejsze od siły elektromotorycznej źródła. Różnica spowodowana spadkiem napięcia na oporze wewnętrznym źródła.

Jednostka

• Jednostką napięcia jest wolt (V). Między dwoma punktami pola elektrycznego jest napięcie 1 V, jeżeli do przeniesienia między tymi punktami ładunku 1 C potrzebna jest praca 1 J

Wymiar jednostki napięcia

Praca prądu elektrycznego

• Praca prądu elektrycznego jest sumą prac sił opisujących oddziaływanie poruszających się ładunków elektrycznych z siecią krystaliczną przewodnika (grzałki, żarówki, itp.) lub z innymi poruszającymi się ładunkami wytwarzającymi pole magnetyczne (silniki prądu stałego).

• Praca prądu elektrycznego w obwodzie prądu stałego jest równa iloczynowi napięcia źródła energii elektrycznej, natężenia prądu przepływającego przez odbiornik oraz czasu przepływu prądu. W przypadku zmian natężenia prądu lub napięcia praca jest sumą prac elementarnych podobnie jak w przypadku zmian sił

Jednostka pracy

• Jednostką pracy jest wolt·amper·sekunda równy dżulowi (J)

Energia elektryczna prądu elektrycznego

• Energia elektryczna prądu elektrycznego to energia, jaką prąd elektryczny przekazuje odbiornikowi wykonującemu pracę lub zmieniającemu ją na inną formę energii. Energię elektryczną przepływającą lub pobieraną przez urządzenie określa iloczyn natężenia prądu płynącego przez odbiornik, napięcia na odbiorniku i czasu przepływu prądu przez odbiornik.

Wzór na energię prądu

Przeliczanie kilowatogodzin na podstawowe jednostki elektrycznej

• Podstawową jednostką zużycia energii elektrycznej jest kilowatogodzina (kWh) - ilość energii jaką zużywa urządzenie o mocy 1 kW w ciągu godziny.

• Wielkość zużytej energii obliczamy mnożąc moc urządzenia (podawaną przez producenta na tabliczce znamionowej w watach -W lub kilowatach -kW,  1kW= 1000W), przez czas pracy urządzenia - podawany w godzinach (h).

•  • ilość zużytej energii (kWh)= moc urządzenia (kW) x czas pracy

urządzenia (h)•  • Często wartość energii podawana jest w innych większych jednostkach

niż kWh, które można przeliczyć na kWh, co prezentuje poniższa tabela.

Ile to   kWh ?•  MWh = megawatogodzina 1 000•  GWh = gigawatogodzina 1 000 000•  TWh = terrawatogodzina 1 000 000 000

Co się stanie gdy zabraknie prądu?Nowa wizja świata?

Autorzy:

Patryk Kalinowski

Krzysztof Woźniak

Co by było, gdyby prąd zniknął na dobre?

Prąd nie może zniknąć.

Sam człowiek jest stworzeniem elektrycznym.

Gdyby nie przepływ mniejszych lub większych ładunków elektrycznych w naszym ciele -w układzie nerwowym, w sercu itp. - nas by nie było.

W otaczającej nas przyrodzie niemal nie ma zjawisk elektrycznych. Istnieją wyładowania atmosferyczne, istnieją rzadkie gatunki południowoamerykańskich ryb elektrycznych. W naturalnym środowisku człowieka prąd elektryczny, ten, którego używamy na co dzień, jest w 100 proc. wytworem ludzkim.

Dalibyśmy sobie bez niego radę?

Kiedy w drugiej połowie XIX w. Michael Faraday kładł podwaliny pod naukę o elektryczności i magnetyzmie, lord skarbnik królowej Wiktorii zapytał go: -Po co to wszystko? Faraday odpowiedział: -Nie mam pojęcia, lordzie, ale wiem, że któryś z pana następców będzie z tego pobierał podatki.

I rzeczywiście, wszystko, za co dziś płacimy podatki, ma związek z elektrycznością.

Bo całe nasze życie oparte jest na jakimś kablu, bateryjce, akumulatorku.

No właśnie. Kończy się prąd. Definitywnie. Co dalej?

Nasze życie, które znamy, niechybnie przestałoby istnieć. Jeszcze przez kilka dni działałyby samochody, pod warunkiem że zatankowaliśmy je zawczasu.

Uchowałyby się mniejsze agregaty napędzane ropą, ale też tylko do czasu wyczerpania paliwa. Nowego już nie uda się wydobyć.

Rozładują się akumulatory w naszych telefonach komórkowych i laptopach, które i tak będą już bezużyteczne, bo dawno stanęły serwery i stacje przekaźnikowe. Staną drukarnie, nie mówiąc o radiu i telewizji. Stracimy kontakt ze sobą nawzajem i z resztą świata.

Władza nie będzie potrafiła nam przekazać komunikatów o kryzysie -bo którędy?

Gdy zabraknie prądu w szpitalach?

Dramat przeżywać będą chorzy, których życie zależy od energii elektrycznej.

Przestaną być podtrzymywane czynności życiowe osób nieprzytomnych.

Skończy się możliwość dializowania tych z niewydolnością nerek.

Nie będzie można regulować wszczepionych rozruszników serc.

W ciągu kilku tygodni i miesięcy ci chorzy będą musieli umrzeć.

Ale umierać będą wszyscy, ludzkość zacznie ginąć.

Ale my już nie będziemy mieli co jeść ani pić.

Wyłączą się przecież pompy i stacje uzdatniania wody.

W dużych miastach od dawna nie ma już wież ciśnień, więc nie da się dostarczyć wody na wyższe piętra bez użycia prądu.

Niewiele pomogą też nieliczne pompy ręczne, bo sięgają płytko -tam gdzie wody już dawno nie ma.

A bez niej przestaniemy się myć.

Zostanie nam woda z Wisły, którą sami zatruliśmy.

Zaczną nas dziesiątkować choroby.

Będzie nam zimno i ciemno.

W bankach ludzie mają konta na których mają pieniądze.

Gdy zabraknie prądu nie będą mogli korzystać z komputerów na których maja różne oprogramowania potrzebne do funkcjonowania banku.

Bez nich bankierzy nie będą mogli wypłacać pieniędzy dla ludzi którzy ich potrzebują.

Gdy zabraknie prądu w metrze to ludzie nie będą mogli się nimi poruszać. W określonym czasie się dostać w wyznaczone miejsce.

Konieczna będzie natychmiastowa ewakuacja pasażerów z metra.

Więc może oszczędzajmy energię elektryczną?

Metody oszczędzania energii

AUTORZY:

Adriana Więcek

Natalia Myślińska

Klasy energetyczne

Każdy producent musi oznaczyć swoje produkty tzw. etykietą energetyczną (rys. obok), na której pokazana jest klasa energetyczna danego urządzenia. Dla lodówek stosuje się obecnie 9 klas zaczynając od najwyższej: A++, A+, A, B, C, D, E, F i kończąc na najmniej efektywnej energetycznie klasie G. Oznaczają one poziom zużycia energii podczas pracy, a według tej klasyfikacji najmniej energii zużywają urządzenia z klas A. W Polsce dopuszczone do sprzedaży są tylko urządzenia spełniające określone wymogi efektywności energetycznej.

Zużycie energii

Klasa energetyczna wiele mówi o wielkości zużycia, ale nie wszystko. Wielkość zużycia prądu umożliwia dokładne porównanie tych wielkości i przeliczenie ich na złotówki. Producenci lub sprzedawcy mogą podawać tą wielkość w kWh na dzień (24h) lub na rok. Należy jednak pamiętać, że faktyczne zużycie energii zależy także od warunków eksploatacji oraz lokalizacji lodówki

Żarówki energooszczędne.

Świetlówka -lampa fluorescencyjna (energooszczędna) - odmiana lampy wyładowczej, w której światło emitowane jest przez luminofor wzbudzony przez promieniowanie UV, powstałe wskutek wyładowania jarzeniowego w rurze wypełnionej gazem.

Żarówki energooszczędne,dlaczego i po co?

Działanie• Świetlówki energooszczędne

mają aż do 15 razy dłuższą trwałość i zużywają aż o 80% mniej energii niż tradycyjne żarówki. A jeśli chodzi o cenę zakupu, świetlówki energooszczędne szybko zwrócą poniesione nakłady i jeszcze przez długi czas będą oszczędzać Państwa pieniądze

Dlaczego się opłaca• - żarówki energooszczędne

zużywają do 80% mniej energii elektrycznej od żarówek zwykłych

• - dodatkowo dają również nieco więcej światła

• - mniej energii marnowane jest na wytworzenie ciepła, zatem klimatyzacja może zużywać mniej energii

• - i najważniejsze -- żarówki energooszczędne pracują dużo dłużej niż żarówki zwykłe.

Dyrektywa unijna

• Od tego roku wchodzi w życie rozporządzenie Komisji Europejskiej, na mocy którego do 2016 roku w krajach całej Wspólnoty wycofane zostaną tradycyjne, energochłonne żarówki. Jest to element unijnej strategii przejścia na nowocześniejsze i bardziej przyjazne środowisku świetlówki. Zgodnie z unijnym kalendarzem oszczędności energii, od 1 września b.r. sklepy nie mogą już zamawiać tradycyjnych żarówek matowych oraz przezroczystych o mocy 100 W. Od dziś obowiązuje także zakaz produkcji tego rodzaju oświetlenia.

 

Unijni eksperci oszacowali, że wymiana żarówek na energooszczędne pozwoli zaoszczędzić co najmniej 50 euro rocznie na każde gospodarstwo domowe. W skali całej Unii przyniesie to roczne oszczędności rzędu od 5 do 10 mld euro.

Z wszystkich tych powodów wynika, że żarówki energooszczędne, choć droższe, jednak bardziej się opłacają. Żarówki energooszczędne świecą prawie piętnaście razy dłużej, niż ich tradycyjni kuzyni. Na tym się nie kończy. Kupując żarówki energooszczędne oszczędzasz więcej niż połowę wartości rachunków za oświetlenie! To może znacznie zmniejszyć obciążenia w budżecie domowym. Warto wiedzieć, że w tradycyjnych żarówkach zużywa się jedyne pięć procent energii na rzeczywiste oświetlenie Waszego mieszkania. Cała reszta tej energii ulatnia się w postaci ciepła. Oprócz samego oszczędzania, zmniejszamy również emisję dwutlenku węgla do atmosfery.

Zużycie energii w kuchni.Właśnie w kuchni zużywamy największe ilości energii elektrycznej. Lodówka to najbardziej energochłonne urządzenie w domu. W odróżnieniu od pralki, zmywarki czy telewizora pracuje bez przerwy, przez 24 godziny na dobę, przez 8 760 godzin w roku. Dlatego tak istotne jest jej energooszczędne wykorzystanie. Zmniejszając koszt eksploatacji lodówki o zaledwie 10 groszy na godzinę, „zarabiamy” rocznie 876 złotych, jeśli zaś na każdej godzinie pracy urządzenia zaoszczędzimy 20 groszy, roczny zysk wyniesie aż 1752 złote. Warto więc poznać zasady prawidłowego korzystania z lodówki – nie tylko ze względów ekologicznych, lecz także ekonomicznych.

Zimno nie znaczy za zimno! Jeśli temperatura w lodówce będzie o 3-5 stopni niższa od optymalnej, która dla lodówki wynosi 7 st. C, a dla zamrażarki -18, co najmniej 15% energii zostanie zmarnowane. Nie ogrzewaj z zewnątrz, nie ogrzewaj od wewnątrz! Lodówka nie powinna stać w pobliżu grzejnika czy kuchenki, nie powinna też stać w nasłonecznionym miejscu. Nie należy też wstawiać do niej gorących potraw. Pamiętajmy również, by zamykać lodówkę jak najszybciej po otwarciu: im mniej ciepłego powietrza dostanie się do wnętrza, tym mniej energii zostanie zużyte na jego ochładzanie. Rozmrażaj lodówkę, rozmrażaj w lodówce! Efektywność energetyczna lodówki wzrasta dzięki regularnemu rozmrażaniu: pozbywając się 5 mm lodu oszczędzamy aż 20% energii. Energię oszczędzimy także, jeśli w lodówce będziemy rozmrażać produkty z zamrażarki: pochłoną one ciepło z otoczenia, a lodówka zużyje mniej energii na utrzymywanie niskich temperatur.

Zużycie energii w Polsce

W 1996 r. największe zużycie energii było pobierane z węgla, a najmniejsze z gazu.

W 2006 roku największe zużycie energii było pobierane z paliw ciekłych, a najmniejsze z ciepła.

Światowe zużycie energii

Największe zużycie energii elektrycznej na jedną osobę przypada w Norwegii(ok.24MWh).

Najmniejsze zużycie energii elektrycznej na jedną osobę przypada na Litwie(ok.2MWh)

W Polsce na jedną osobę przypada ok. 2,5MWh.

Źródła zużycia energii

Najwięcej energii elektrycznej jest produkowanej z paliw kopalnych (77%). Energia nuklearna stanowi 6% produkcji energii. Z energii wodnej i biomasy produkuje się 15% zużywanej , a najmniej energii produkuje się z nowej odnawialnej- 2%

Energia - czy warto ją oszczędzać?

• Na co dzień wielu z nas nie przejmuje się tym jak działają urządzenia RTV i AGD w naszym domu. Prawda jest taka, iż urządzenia te nie są, aż takie przyjazne dla Naszego portfela. I nie tylko- przyczyniają się one również do wzrostu globalnego ocieplenia, a tym samym w znacznym stopniu zagrażają otaczającemu Nas środowisku.

• Wiele urządzeń jakie znajdują się w naszych domach pozostawiamy my sami w trybie "Stand-by". Nie każdy wie co ten termin oznacza i jakie niekorzyści z tego wynikają. Funkcja ta jest najbardziej podstępnym pożeraczem prądu. Każda czerwona dioda, która świeci się np. w telewizorze świadczy o tym, iż prąd jest cały czas pobierany, a nasz budżet się wówczas uszczupla. Zazwyczaj w mieszkaniach mamy kilka takich urządzeń, a są nimi między innymi: telewizor, mikrofalówka, komputer, pralka, a także wiele wiele innych.

Jeżeli nasze postępowanie się nie zmieni, temperatura może wzrosnąć do takiego stopnia że na naszej planecie całkowicie zniknie życie. Naukowcy prognozują że w 2050r nasz klimat bardzo się zmieni tak, że zimy będą bez śniegu z temperaturami 5 -15 stopni.

Wielu z nas stwierdzi że to pozytywne prognozy ,ale pomyślmy nad światem zwierząt i roślin? Czy na nie korzystnie wpłyną te zmiany? Otóż nie, nasze zwierzęta i rośliny nie będą w stanie się przystosować do takich warunków i znikną z naszego środowiska a w zamian będziemy mieć pustynny klimat.

W tym momencie nasuwa nam się pytanie co możemy zrobić aby pomóc naszej planecie? Niestety spaliny samochodowe czy fabryczne a nawet zwykły dym z naszych kominów emitują do atmosfery duże ilości gazów cieplarnianych Gromadzenie się ich , w atmosferze uniemożliwia ucieczkę ciepła z powierzchni Ziemi i ziemskiej atmosfery, a ty samym pogłębianie się efektu cieplarnianego.

Dlatego aby uniknąć katastrofy ekologicznej jakim jest globalne ocieplenie trzeba w

racjonalny sposób wykorzystywać energię i jej źródła.

Dziękujemy za uwagę….

Uczniowie z klasy IIIB

Gimnazjum w Sycewicach

26 listopada 2010