Vodní energie

1. Úkol: Zhotovení modelu vodního kola

Čas: 2 vyučovací hodiny

Pomůcky a materiál: dřevěná lišta, korková zátka, plastová fólie,špejle, nýt, těsnění, pilka na železo, tavná pistole, vrták, lehký předmět ( o známé hmotnosti), pevná nit, délkové měřidlo, stopky, kalkulačka.

Hlavní a dílčí cíle:

Příklad hlavního cíle: Pochopení přeměn energie.

Příklad vedlejšího cíle: Nácvik a využití manuálních zručnosti při práci s různými druhy materiálů ( dřevo, plast).

Mezipředmětové vztahy a přesahy:

Příklad: Zeměpis, přírodopis, chemie, matematika, pracovní vyučování.

Klíčové kompetence:

Příklad: Rozvíjíme kompetence pracovní, komunikativní a k řešení problémů.

2. Obecný úvod k tématu:

Energie vody ( vodní energie) vzniká při koloběhu vody na Zemi působením sluneční energie a gravitační síly Země. Vodní energie je využívána pro výrobu elektřiny ve vodních elektrárnách. Vodní energie je druhý nejvyužívanější obnovitelný zdroj energie, patří k nejekologičtějším energiím (přetransformovaná energie sluneční).

Vodní motor je stroj, který slouží k přeměně vodní energie na mechanickou práci. Způsobů, jak to realizovat, je několik:

- přímo využít potenciální energii vody na konkrétním spádu ( vodní kola)

- přeměnit potenciální energii na kinetickou a tu následně přeměnit na mechanickou práci ( vodní turbíny )

Podle působení vodního proudu rozlišujeme tři typy vodních kol:

- kola na spodní vodu

- kola na svrchní vodu

- kola na střední vodu

Využití kol: pohon pil, čerpání vody, pohon mlýnů

Účinnost vodních kol – asi 30 %

Účinnost turbín – až 90 %

Rozdělení turbín:

a) podle způsobu práce – rovnotlaké turbíny, přetlakové turbíny

b) podle způsobu využití – horizontální turbíny ( malé výkony na malých  

                                           spádech)

                                        - vertikální turbíny ( malé spády a velké výkony)

c) podle konstruktérů – Francisova turbína

                                    - Kaplanova turbína

                                    - Peltonova turbína

                                    - další méně známé druhy turbín

Vodní elektrárny

Voda roztáčí turbíny, točící turbína pohání rotor elektrického generátoru, výsledkem je vyrobená elektrická energie.

Vodní elektrárny se dělí na:

- akumulační elektrárny

- přečerpávací elektrárny

- malé vodní elektrárny

Při výrobě elektrické energie z vody nespotřebovávají vodní elektrárny žádné suroviny, nevzniká žádný odpad, elektřina se vyrábí ekologicky. Nádrže vodních elektráren zlepšují kvalitu vody, slouží jako zdroj pro odběr průmyslové a pitné vody, snižují nebezpečí povodní, zvyšují minimální průtoky, zlepšují plavební podmínky, umožňují závlahy, jsou využívány pro rekreaci.

3. Pracovní postup (v bodech): Vodní kolo

1. Ve větší korkové zátce ( průměr asi 3,5 cm) uděláme pilkou na železo 6 zářezů pro lopatky, uprostřed vyvrtáme otvor a do něj vlepíme jako osu silnější špejli.

2. vystřihneme z tužší plastové fólie obdélníkové lopatky 3 cm x 2 cm a přilepíme je tavnou pistolí do zářezů v zátce.

3. Do dřevěné lišty vyvrtáme otvor a do něj zasuneme dutý hliníkový nebo měděný nýt délky 30 mm jako ložisko osy vodního kola.

4. Na osu nasuneme zarážku z gumového vodovodního těsnění, zasuneme ji s vodním kolem do otvoru nýtku a z druhé strany zajistíme další zarážkou.

5. Hotové vodní kolo vložíme do proudu vody z vodovodu.

6. Zkusíme určit výkon kola:

    do zářezu v ose vlepíme nit a na její konec přivážeme nějaký lehký předmět. Voda z vodovodu roztočí kolo, nit se namotává naosu a zátěž stoupá vzhůru. Výkon určíme, jestliže budeme znát hmotnost předmětu, dráhu a dobu zvedání, použijeme vzorec: P= mgh /t.

4. Metodické poznámky:

Doporučena spolupráce s vyučujícím pracovních činností. Bude-li skupina žáků méně zručná, zvolit raději exkurzi do nejbližší malé vodní elektrárny.

5. Očekávané výstupy RVP ZV (základní vzdělávání)/SV:

Žák využívá poznatky o vzájemných přeměnách různých forem energie a jejich přenosu při řešení konkrétních problémů a úloh.

6. Doprovodné otázky pro studenty, kvízy, úkoly aj.

Úkoly:

1. Vyhledejte v literatuře pojmy „korečník“ a „lopatník“ a pokuste se vysvětlit, co znamenají.

2. Zjistěte, jak vypadal vodní mlýn.

3. Proč se stavěl náhon?

4. Co je „kolesový parník“?

5. Znáte ve svém okolí nějaké vodní dílo?

6. Porovnejte přeměnu energií u vodních kol a u vodních turbín.

7. Podle čeho se asi zvolí typ turbíny pro konkrétní přehradu?

8. Jak přehrada zabraňuje povodni?

9. Najděte některé údaje o přehradách v naší republice.

10. Proč se vodní elektrárna uvádí do provozu jen několik hodin denně?

11. Vyhledejte v encyklopedii nebo historické publikaci zmínku o prvním využití vodního kola.