Презентация к интегрированному уроку Производная в электротехнике

Занятие – деловая игра: «Это вездесущее электричество» «Не всякий ток убивает, Но всякий ток может убить» Австрийский ученый С. Еллинек

“...нет ни одной области в математике, которая когда-либо не окажется применимой к явлениям действительного мира...” Н. И. Лобачевский

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Образовательные: Способствовать систематизации знаний по теме: «Производство и передача электроэнергии. Физические основы производства, передачи и использования электрической энергии. Применение производной при решении практических задач». Развивающие: Развивать у студентов коммуникативные компетенции: культуру общения, умение работать в группах, элементы ораторского искусства. Развивать толерантные качества студентов, операции логического мышления (анализ, синтез, сравнение) при изучении данной темы. Показать связь науки с техникой. Воспитательные: Способствовать формированию у студентов чувства коллективизма, ответственность за работу каждого товарища, умений и навыков работы в группе, умение участия в общем диалоге и поддерживать положительный микроклимат в группе.

Принципы производства, передачи и эффективного использования электроэнергии Характеристика первичных источников электрической энергии Вид электростанции, который можно построить в Крыму  Применение производной при решении практических задач по электротехнике

Оценочный лист И так, приступим! Этапы занятия Количество баллов за этап Общее количество баллов Оценка за урок Устная работа 1 балл   Таблица «Электростанции» 1 балл Решение задач «Производная в электротехнике» 1 балл Задания из конверта 4 балла Самая грамотная группа 3 балла Найди соответствие 3 балла Кейс – задание по математике 2 балла Кейс – задание по электротехнике 1 балл

– у = f ′(x) f(x) Неважно сколько студент знает, но важно, чтобы у него была положительная производная!

Лондон 1850 года

Устная работа Получаем сертификат!

Формирование практической компетентности План урока: Выступление историков: Группа инженеров: Как родилась производная Развитие электроэнергетики Производство электрической энергии Промышленная энергетика ГЭС, ТЭС, АЭС Альтернативная энергетика Защита квест - проектов Группа экспертов:

Как родилась производная Великий французский математик Пьер Ферма в 1629 году научился находить касательные к алгебраическим прямым. Ферма далеко продвинулся в применении дифференциальных методов, он использовал их не только для проведения касательных, но, к примеру, для нахождения максимумов, вычисления площадей. Однако ни Ферма, ни Декарт не сумели свести полученные научные выводы и результаты в единую систему. В 1638 году Ферма поделился этим открытием со своим земляком Рене Декартом, который также занимался этой проблемой и нашел свой метод построения касательных к алгебраическим кривым.

Как родилась производная Тем не менее, выдвинутые идеи не пропали впустую. Многие из них легли в основу нового метода математического анализа – дифференциального исчисления, основоположниками которого считаются Вильям Лейбниц и Исаак Ньютон. Исаак Ньютон (1642-1727) Вильгельм Лейбниц (1646-1716)

Как родилась производная Очень многие великие ученые внесли свой вклад в зарождение и развитие дифференциального исчисления Якоб Бернулли (1654-1705) Джеймс Грегори (1638-1675) Гийом Франсуа Лопиталь (1661-1704) Леонард Эйлер (1707-1783) Карл Фридрих Гаусс (1777-1855) Жозеф Луи Лагранж (1736-1813)

Электроэнергетика относится к важнейшим условиям развития научно-технической революции Развитие электроэнергетики «Коммунизм – это есть советская власть плюс электрификация всей страны» В. И. Ленин

Впервые в мире об электричестве заговорили в ХIХ в. Первой электростанцией, вырабатывающей ток для городского освещения, была центральная силовая станция в Годальмине, (Англия). Это была водяная электростанция. Однако проработала она недолго, вскоре выяснилось, что проект крайне нерентабелен, и через три года первая в мире электростанция была закрыта.

В России впервые об электроэнергетике как важнейшей отрасли хозяйства заговорили в 1913 г. На душу населения тогда вырабатывалось всего 14 кВт.ч, для сравнения: в 2015г. – 1888 кВт.ч. Особый интерес к электрификации в начале века был связан с появлением и внедрением в промышленность электропровода, зарождением электрического транспорта, возросшей потребностью в освещении городов. Первые попытки возведения электростанций в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве, Баку и Риге не имели успеха. Во-первых, вырабатываемую энергию потребляло ограниченное число жителей, во-вторых, станции не были связаны между собой. Однако в 1914 г. в подмосковном городе Богородске (ныне г. Ногинск) была построена первая ТЭС, работавшая на торфе. Впервые она была соединена с работавшей в Москве электростанцией на Раушской набережной.

Развитие электроэнергетики в России связано с планом ГОЭЛРО, который был разработан в 1920-1921 гг. Рассчитанный на 10-15 лет план предусматривал строительство 10 гидроэлектростанций и 20 тепловых электростанций. К 1935 г. было построено 40 районных электростанций вместо 30. План ГОЭЛРО создал основу индустриализации России. В 20-е годы Россия занимала одно из последних мест в мире по выработке электроэнергии, в конце 40-х годов страна заняла первое место в Европе и второе место в мире.

В июне 1922 г состоялось торжественное открытие Каширской электростанции мощностью 12 тыс. кВт. Через 5 лет в стране работали уже 5 но­вых ТЭС. В конце 20-х гг. в России начинает складываться тепловая электроэнергетика, которая сегодня является ведущим направлением в производстве энергии. Первенец российской энергетики – Волховская ГЭС - уникальна. Она единственная из действующих в России электростанций имеет статус памятника науки и техники. Электростанция мощностью 58 тыс. кВт стала самой мощной в Европе. Впервые здесь было установлено 8 турбоагрегатов, 4 из которых были изготовлены на ленинградском заводе «Электросила», что положило начало развитию российского гидроэнергомашиностроения. Одновременно со станцией в эксплуатацию были сданы линия электропередачи (ЛЭП) и 6 подстанций.

Основоположники российской энергетической системы Г.О.Графтио

Возведение - Днепрогэса (1927). За 5 лет строителям удалось добиться немыслимых результатов - покорить Днепр и запустить электростанцию. Это был поистине триумф советской электроэнергетики. Вот тогда-то в отдаленных уголках нашей страны и зажглась знаменитая лам­почка Ильича, олицетворявшая новую жизнь. Не прошло и 50 лет со дня утверждения плана электрификации, а СССР стал страной с крупнейшими в мире электростанциями.

После строительства гидроэлек­тростанций во второй половине XX в. советские ученые присту­пили к разработке нового источника энергии - ядерного топлива. Первая АЭС была построена в 1954 городе Обнинске, в 90 км от Москвы, ее мощность составляла 5 МВт.

Производство электрической энергии Генерация электроэнергии — производство электроэнергии посредством преобразования её из других видов энергии, с помощью специальных технических устройств. Альтернативная энергетика Промышленная энергетика

Гидроэлектростанция (ГЭС) - представляет собой комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию.

Гидроэлектростанция (ГЭС) Около 19% электроэнергии во всем мире вырабатывают ГЭС. Они преобразуют кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию вращения турбины, а турбина приводит во вращение генератор тока. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки.

Генератор гидроэлектростанции

ГЭС преимущества ГЭС недостатки

Крупнейшие гидроэлектростанции России Красноярская ГЭС Братская ГЭС Усть-Илимская ГЭС Богучанская ГЭС Мощность, ГВт Мощность, ГВт Мощность, ГВт Среднегодовая выработка, млрд. кВт·ч 6,00 4,50 4,32 3,00 Среднегодовая выработка, млрд. кВт·ч Среднегодовая выработка, млрд. кВт·ч Среднегодовая выработка, млрд. кВт·ч Мощность, ГВт 20,40 22,60 21,70 17,60

Производство электрической энергии Тепловая электростанция (ТЭС) - вырабатывает электроэнергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива.

Генератор тепловой электростанции

Типы ТЭС Газовые электростанции Атомные электростанции Твердотопливные электростанции

Производство электрической энергии ТЭС преимущества ТЭС недостатки

Производство электрической энергии АЭС использует для парообразования энергию ядерного топлива . В качестве топлива используется обогащенная руда урана.

Основной процесс, идущий на атомной электростанции – управляемая реакция деления ядер урана-235, при котором выделяется большое количество тепла. Главная часть атомной электростанции - ядерный реактор, роль которого заключается в поддержании непрерывной реакции деления, которая не должна переходить в ядерный взрыв.

АЭС преимущества АЭС недостатки и

Производство электрической энергии Альтернативными (или возобновляемыми) источниками энергии (ВИЭ) называют источники энергии, позволяющие получать энергию без использования традиционного ископаемого топлива (нефти, газа, угля).

Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли.

Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров.

Ветряная электростанция (ВЭС) - установка, преобразующая кинетическую энергию ветра в электрическую энергию Принцип действия ветряных электростанций прост: ветер крутит лопасти ветряка, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор в свою очередь вырабатывает электрическую энергию.

Геотермальные электростанции (ГеоТЭС) - преобразуют внутреннее тепло Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электричество.

Солнечная электростанция (СЭС) — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию.

Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей — устройств, состоящих из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов.

Преимущества Недостатки

Таблица «Электростанции» Вид электростанции Преимущества Недостатки Экологические проблемы ГЭС Высокий КПД Дешевая энергия Длительная эксплуатация Длительное строительство Большие зоны затопления Изменение климата  Изменение климата ТЭС  Быстрое строительство Энергия + тепло Дешевое топливо  Много отходов Дорогая энергия Низкий КПД – 40%  Загрязнение территорий АЭС  Высокий КПД _ 80% Строятся на любом месте Малое количество топлива  Малый срок эксплуатации Опасная радиация Проблема утилизации  Радиационное загрязнение в случае аварии Альтернативные  Экологическая безопасность Дешевая энергия Энергия + тепло  Не постоянная мощность Шумовое загрязнение Сейсмическая активность  Не выявлено

Исследование – расчет Первая группа специалистов вычисляет с помощью производной количество электричества, опасного для человека. Задача 1. Количество электричества, протекающего через тело человека при замыкании электрической цепи, задаётся формулой q(t) = 13t2 + 4t + 1 (Кл). Найдите силу тока опасного для человека в момент времени t = 1 c. Задача 2. Вычислить частоту переменного тока, который протекая через тело человека от руки к ноге, задается формулой х(t) = 70t + t5 (Гц), за время t = 1 с и является смертельным для человека. Третья группа вычисляет силу тока, который не опасен для человека Задача 3. Количество электричества, протекающего через тело человека при замыкании электрической цепи, задаётся формулой q(t) = 4t2 + 11,2t (Кл). Найдите силу тока не опасного для человека в момент времени t = 1 c. Вторая группа вычисляет частоту переменного тока, который является смертельным для человека. Ответ задачи №1: 30 А Ответ задачи №2: 75 Гц Ответ задачи №3: 19,2 А

Задания из конверта Передача электроэнергии на большие расстояния при переменном и постоянном токе ЛЭП переменного тока Генератор – 11кВ Потребители Понижающий трансформатор – 220 В Понижающий трансформатор – 6 кВ Понижающий трансформатор – 35 кВ Конденсаторы Повышающий трансформатор – 110 кВ ЛЭП ~ тока 110 кВ

Электроэнергия передается по линиям электропередач постоянного тока

Самая грамотная группа Гр…ф…к, функц…я, …ргумент, зна…ч…ние функц…и, …бласть опр…д…ления функции, обл…сть зн…ачения функции, л…нейная функция, прямая проп…рциональность, м…н…т…нность, перв…образная, эл…ктробезопас…ость,, трансф…рмат…р, к…ту…ка, р…з…стор, пр…дпр…ятие, ам…литуда, п…р…мен…ый ток, эн…ргос…стема. Терминологическая работа График, функция, аргумент, значение функции, область определения функции, область значения функции, линейная функция, прямая пропорциональность, монотонность, первообразная, электробезопасность, трансформатор, катушка, резистор, предприятие, амплитуда, переменный ток, энергосистема.

Понятия: генератор, освещение, провода, бытовые электроприборы, ядерный реактор, высокое напряжение, плотина, электротранспорт, коронный разряд, электростанция, линия электропередачи, телевизор. Производство Передача Использование       Производство Передача Использование Генератор Провода Освещение Электростанция Линия электропередачи Бытовые электроприборы Плотина Коронный разряд Электротранспорт Ядерный реактор Высокое напряжение Телевизор

Выполнений кейс - задания Кейс – задание №1 Заряд, протекающий через проводник, меняется по закону q = sin(2t – 10). Найти силу тока в момент времени t=5 cек. В цепи электрического тока электрический заряд меняется с течением времени по закону q=q (t). Сила тока I есть производная заряда q по времени Подсказка!

Решение: I = (q(t))΄= 2cos(2t - 10), I(5) = 2 cos(2·5 - 10)= 2cos0 = 2(A) Ответ: 2А

Какое устройство вырабатывает электрический ток?

В электродвигателях происходит превращение…

Как называется вращающаяся часть генератора?

Для питания ротора генератора переменного тока используют...

Для уменьшения потерь мощности в линиях электропередачи…

Почему сердечник трансформатора делают наборным из листов трансформаторной стали?

Трансформатор представляет собой…

На каком явлении основано действие трансформатора?

На каком явлении основано действие трансформатора?

Трансформатор, устройство предназначенное для …

Производство электроэнергии на станциях разного типа

Квест – проект «Большие проблемы маленького полуострова» Цель моего проекта: показать свою жизненную позицию к предложению построить парогазовую электростанцию в Крыму. «Качели времени: немного истории» Технология выработки электроэнергии на базе парогазовых установок  была изобретена более чем 50 лет назад российским ученым-энергетиком, академиком С. А.Христиановичем, но они не получили особого распространения в СССР, что несколько затормозило развитие этой отрасли энергетики.

Парогазовые установки производят электричество и тепловую энергию. Тепловая энергия используется для дополнительного производства электричества.  Топливом ПГУ может служить как природный газ, так и продукты нефтехимической промышленности, например мазут.  Парогазовые установки (ПГУ) предназначены для получения максимального количества электроэнергии. Общий КПД электростанции на базе парогазовых установок достигает почти 60%. Для сравнения, КПД обычных газотурбинных электростанций составляет 40%.

Газовые электростанции  имеют низкий уровень рабочих шумов, что дает возможность размещения в близости к конечному потребителю энергию. Экономическая выгода использования газовых электростанций заключается в исключении платежей за передачу электроэнергии и сокращении потерь в линиях электропередач. При строительстве и установке газовых электростанций не возникает проблем с газоснабжением, так как требуемое давление и качество газа являются нормой для российских газопроводов.

Надежное энергоснабжение объектов Независимость от монопольных источников электроэнергии Короткие сроки строительства и запуска Возможность работы на доступном и экологически чистом топливе — природном газе Парогазовые электростанции привлекательны и в экологическом плане, так как на единицу выработанной энергии значительно снижается и количество выбросов в атмосферу продуктов сгорания – углекислого газа. В Крым ведут газопровод из Краснодарского края, значит топливо есть!

Пусть не напрасно греет и светит Солнце, пусть не напрасно течет вода и бьются волны о берег. Надо отнять у них бесцельно расточаемые дары природы и покорить их, связав по своему желанию. ДАНТЕ Я за строительство альтернативных электростанций. И на первое место я хочу поставить морские электростанции. Когда-то Жюль Верн вложил в уста капитана Немо, главного героя романа «Двадцать тысяч лье под водой», такие слова: «Я всем обязан океану. Океан снабжает меня электричеством, а электричество дает «Наутилусу» тепло, свет, способность двигаться, словом, жизнь!»

Сегодня ученые реализовали идею морской электростанции, работающей за счет перепада температур морской воды. Для работы такой электростанции требуется значительная разница температур: плюс 25 градусов на поверхности, и максимум 5 градусов на глубине в 1000 метров. Принцип действия прост: холодная морская вода с глубины в километр или даже больше подается по трубе на поверхность, где используется для перевода в жидкое состояние подходящего газа, например, аммиака. Затем с помощью теплой воды с поверхности моря этот сжиженный газ нагревают и доводят до кипения, а образующийся при этом пар приводит в движение турбину электрогенератора. Создатели новой электростанции говорят, что она универсальна: преобразуя тепловую энергию океана, вырабатывает энергию непрерывно.

Гелиоэнергетика – энергия солнца, это практически бесконечный источник, пока наша звезда сияет. Тысячи джоуль тепла устремляются в нашем направлении. И конечно было обидно при таком количестве солнца не использовать ее энергию. Солнечная энергия, поступающая за неделю на территорию нашей страны, превышает энергию всех российских ресурсов нефти, угля, газа и урана.

Полоска длиной всего в один километр на высоте геостационарной орбиты способна получить в год около 212 тераватт энергии. Для сравнения, суммарная энергетическая ценность всех разведанных запасов нефти на Земле составляет около 250 тераватт.

«Атомная энергетика сегодня абсолютно надежна и применяется по всему миру. В Крыму есть две проблемы – энергетика и вода. Атомная электростанция сможет навсегда решить обе эти задачи». В. Рогоцкий Людям Земли атомная энергия дает свет и тепло, дает энергию для жизни.   Затраты топлива очень и очень невелики. Выбросы от АЭС, хотя в это и трудно поверить, практически безвредны Ядерные реакторы постоянно совершенствуются, уровень безопасности повышается. Работа безопасна! Ежегодная доза излучений, которые приходят к нам из космоса и  от других природных источников, составляет 2  мЗв. Персонал АЭС получает в год дозу облучения 4.4 мЗв.

Конденсатор имеет пластины прямоугольной формы. Периметр одной пластины 16 см. При каких размерах сторон пластины емкость конденсатора будет наибольшей? Решение: Пусть одна сторона равна Х (см.), другая 8 – х (см.) Тогда площадь равна: Емкость конденсатора прямо пропорциональна площади пластины. Исследуем эту функцию с помощью производной на отрезке [0, 8]. Найдем знак производной в промежутках от [0, 4] и [4, 8] В точке функция достигает наибольшее, значит при равных сторонах пластины площадь будет наибольшей. Следовательно, емкость конденсатора будет наибольшей.

Четвертый реактор – он дьявольски вздрогнул раскатом. Замрите народы, прощайте семья и друзья… Кто в пекло шагнул,- Как на дот навалился на атом, чтоб вечно жила, чтобы вольно дышала Земля. Молчание давит, глядят сиротливо криницы, пустынны поля, это все наяву, а не сон! Четвертый реактор – святые бесстрашные лица, Им, нас защитившим, живым и погибшим – Поклон!

«Научно-технический прогресс не принесет счастья, если не будет дополняться чрезвычайно глубокими изменениями социальной, нравственной и культурной жизни человечества. Внутреннюю духовную жизнь людей, внутренние импульсы их активности труднее всего прогнозировать, но именно от этого зависит в конечном итоге и гибель, и спасение цивилизации». А. Д. Сахаров С 1 января 2016 года вступил в силу документ «Преобразование нашего мира». В этом документе перед обществом ставятся задачи развития до 2030 года. Среди прочих там есть такие цели: Обеспечение доступа к недорогостоящим, надёжным, устойчивым и современным источникам энергии для всех. Принятие срочных мер по борьбе с изменением климата и его последствиями. Решать эти задачи предстоит вам, ребята. Спасибо!