Исследовательская работа "Все гениальное просто: солнечная печь"

III Всероссийская очная ученическая конференция

«Эйдос. Образование»

Санкт-Петербург, 24-26 марта 2016г

Все гениальное просто: солнечная печь.

Тип работы:  исследовательская  работа по естествознанию

Автор:

Борголов Юра, 7В класс, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский

 Кондратьев Дима, 7В класс, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский

Степанов Паша, 7В класс, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский, e-mail:

Руководитель: Хунгуреева Людмила Григорьевна, учитель физики, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский, e-mail:

Web-адрес, по которому размещена работа:

Почему я выбрала эту тему:  

В начале учебного года, слушая рассказ классного руководителя об отдыхе в Летнем палаточном эколого-туристическом лагере Зурбагане, мы узнали, что в лагере нет электричества. А когда наступил День  Рождения одного из отдыхающих, то два дня всем народом пекли торт из хатамал (сушенные лепешки)  с помощью солнечной энергии. Поэтому мы выбрали тему: можно ли  быстрее испечь торт в экстремальных полевых условиях. Главная идея нашей темы – конструирование солнечной печи, исследование его возможностей. Наша печь предназначена для лагеря, не только для экономии  дров, но и  для  снижения нагрузки на окружающую среду, связанную с выбросами вредных продуктов сгорания.

Цель:

Исследование  самостоятельно изготовленной солнечной печи

Задачи:

1.      Изучить способы использования энергии Солнца

2.      Построить две модели солнечных печей

3.      Исследовать энергоэффективность данных моделей

Проблема

Сегодня, гелиоэнергетика набирает быстрые темпы. Солнце - общедоступный и практически неисчерпаемый источник энергии. В поисках материалов об использовании энергии солнца, мы узнали, что энергия, ежедневно поступающая с солнечными лучами, составляет более 18 трлн.кВт. Этого достаточно для всего человечества, но пока что нет эффективных технологий добычи этой энергии.

Методы

• теоретический анализ и синтез;
• конкретизация и аналогия
• моделирование, классификация
• обобщение, наблюдение 
• эксперимент

Объект исследования

Энергия Солнца, энергосбережение электрической энергии

Предмет исследования

Самостоятельно изготовленные солнечные печи двух типов.

План работы:

• Собрали информацию по данному вопросу;
• Изучили  объекты исследования;
• Выпустили буклет;
• Провели презентацию буклета.
• Провели исследования
• Сделали вывод

Результаты исследования

Все гениальное просто: солнечная печь.

  Как известно, поток тепла, что посылает нам солнце, весьма велик, даже в средней полосе летом он легко достигает одного киловатта на квадратный метр. Киловатт – это примерно, как конфорка  электропечи. И грех пропадать без дела такому количеству энергии. Мы рассмотрели виды солнечных печей, изучили конструкцию каждого из них.

Существуют в настоящее время три типа конструкции солнечных печей:

виды	фото	инструкции к печи	ресурс
Панельные комбинированные	Буклет	Вырезаем по схеме из любой коробки подходящего размера. Обклеиваем полученную конструкцию фольгой. Банка или кастрюлька должна быть чёрного цвета. Кастрюльку запихиваем в прозрачный целлофановый пакет, который герметично завязываем. Он будет сохранять тепло в кастрюле. Такая печь очень легка и может спокойно носиться с собой. Несомненным плюсом этой печи является его компактность.	http://eurosamodelki.ru/katalog-samodelok/alternativnaja-energetika/solnechnaja-pech-svoimi-rykami
Коробочные	буклет	Представляют собой теплоизолированную коробку, чаще всего из обычного картона металла или дерева, верх которой покрыт прозрачным стеклом. К такой коробке для увеличения сбора тепла часто добавляют один или несколько зеркал-отражателей. Такие нагреватели используются в основном для относительно медленного приготовления больших объёмов пищи.
с зеркалом концентратом	буклет	Эти плиты представляют собой обычное вогнутое зеркало, собирающее лучи в своём фокусе. Совсем необязательно добиваться идеальной геометрии такого зеркала, т.к. в фокусе обычно расположена весьма большая по площади кастрюля.

 Из таблицы видно, что печи с зеркалом концентратом очень трудоёмкие. Поэтому мы решили смастерить панельную комбинированную и коробочную.

1.                  Комбинированная печь нам далась легко: по схеме из картона вырезали печь подходящего размера. Обклеили полученную конструкцию фольгой.   

 

2.                  Для того чтобы смастерить коробочную печь своими руками нам понадобилось:

• Лист фанеры толщиной 3мм.
• Лист кровельного или оцинкованного железа толщиной 0,5мм
• Брус 4х4
• Доски толщиной 2см, суммарной длиной 4м.
• Штапик фиксации стекла
• Зеркало
• Краска чёрного цвета
• Два стекла 50х50 см
• Ручки

Процесс изготовления печи

   С помощью пап мы вырезали четыре стойки из бруса (2 задние равны 52,6см и 2 передние – 26,7см), на которых будет держаться печь с помощью шурупов или гвоздей. Из фанеры (1,5х1,5 м) вырезаем несущие стенки каркаса, нижняя часть (60,5х67,5см) и собрали вот такой каркас:

Следующий этап – изготовление  рамы из 4 досок шириной 6 см и длиной 54,9 см, которые склеиваем между собой, а также внутри рамки крепим рейку. В дальнейшем туда вставляем два стекла для термоизоляции печи.           

Саму раму фиксируем на несущей раме, которая прикреплена на стойках.

После того как, несущая рама закреплена, изготавливаем специальный короб по периметру, в которой будет находиться основная рама. Основная рама будет подвижной.

Затем ножницами по металлу вырезаем металлическую часть, где будет происходить нагрев. По бокам делаем надрезы, производим загиб,  и лист вставляем внутрь будущей печки и закрепляем.

Вставка листа солнечной печи. Вырезаем стекло, которое крепиться к раме с помощью герметика. С помощью бруска, на котором будет крепиться петля, устанавливаем крышку, на которой будут зафиксированы зеркала с помощью клея. Затем крепим ручки.

   

После первой части исследования для эффективности металлическую часть покрасили  в чёрный цвет.

     На   элективном курсе мы узнали, что принцип работы солнечной печи,  как и солнечного коллектора основан на парниковом эффекте. Солнечные лучи проникают сквозь стекло, и нагревают чёрную поверхность внутренней части печи, таким образом происходит нагрев. Поскольку внутренняя часть герметична а стекло препятствует выходу тепла, то температура внутри печи повышается до тех пор пока излучение и приток энергии уравновешивают друг друга. Таким образом, температура в печи может достигать 120-150 градусов. Этого достаточно чтобы приготовить кашу, испечь торт, сварить яиц, сосиски. Но зимой и весной мы солнечную печь хотим использовать в роли водонагревателя.

2. Перед каждым участником проекта была поставлена индивидуальная цель, а именно: исследовать зависимость температуры в моделях по таянию льда в разных экспериментальных посудах. В течение месяца измеряли температуру в  моделях солнечной печи. Наблюдали и фиксировали время таяния льда в экспериментальных посудах.

3. Провели среднеарифметические расчёты и оформили полученные результаты в виде таблицы и диаграммы. И на основе полученных результатов, предложили мероприятия направленные на эффективное  использование солнечной тепловой энергии.

Цель исследования - где и в какой посуде можно быстрее вскипятить воду или испечь торт. Для этого мы кубики льда из холодильника положили в экспериментальные посуды и зафиксировали температуру, время их таяния:

Экспериментальная посуда	Время t, мин
	на солнце	солнечная печь из картона	солнечная коробочная печь
Железная	4.32	5.40	3.10
Стеклянная	22.20	15.02	7.12
Керамическая	10.48	14.31	14.12
Деревянная	23.20	23.20	23.45
Температура, ° С	33	30	38

Вывод: энергоэффективной конструкцией является солнечная коробочная печь, так как из таблицы видно, что в ней температура выше. Быстрее растаял лёд в металлической посуде. Потому что металл хороший проводник тепла.

Продолжаем исследования в коробочной печи с покрашенным в чёрный цвет металлическим коробом и накрытым пластиком:  

Экспериментальная посуда	Деревянная печь с металлическим коробом	Деревянная печь  с   металлическим коробом и  накрытая пластиком	Деревянная печь с покрашенным  в чёрный цвет металлическим коробом	Деревянная печь с покрашенным  в чёрный цвет металлическим коробом и накрытая пластиком
Железная	2.56	2.55	2.49	2.45
Стеклянная	3.16	3.16	3.12	3.11
Керамическая	4.12	4.10	4.17	4.15
Деревянная	6.23	7.00	7.00	6.56

Вывод: в коробочной деревянной печи с покрашенным  в чёрный цвет металлическим коробом и накрытым пластиком температура выше. Быстрее растаял лёд в металлической посуде.

Солнечные печи несомненно дают экономию электрической энергии, а это значит, экономию бюджета семьи. Однако, мы думаем, чтобы успешно работать над проблемой энергосбережения, необходима не только материально-техническая база, интеллектуальные ресурсы, но и желание этим заниматься. А для этого необходимо информировать население, в частности, наших родителей, соседей, одноклассников о состоянии энергоресурсов у нас в посёлке, области, стране. Для этой цели мы выпустили агитационный буклет о солнечных печах.

Природа даёт нам неприхотливый способ добычи бесплатной солнечной энергии. Ведь все гениальное просто. Увы, мы им почти не пользуемся. Остаётся только надеяться, что в дальнейшем использование  энергии солнца все-таки начнётся повсюду.

Ресурсы:

1.      http://eurosamodelki.ru/katalog-samodelok/alternativnaja-energetika/solnechnaja-pech-svoimi-rykami

2.      http://1poteply.ru/pechi/solnechnaya-svoimi-rukami.html

3.      Перышкин А.В., физика 7 кл.:- М.: Дрофа, 2015 г.

4.      Лукашик В.И., Иванова Е.В., сборник задач по физике для 7-9 кл, М.: «Просвещение», 2003

Главные выводы работы, ее назначение и применение.

   Около 35% всей электроэнергии в мире используется для бытовых домашних нужд. Но нужно ли нам так много энергии? Возможно, ли использовать её более рационально? Мы призадумались, сколько  энергии действительно нужно человеку для жизнеобеспечения, а сколько тратится впустую. Ведь за наш комфорт приходится платить гибелью лесов, затоплением городов! Использование энергии солнца имеет ряд неоценимых преимуществ:

1. Неограниченный процесс использования во времени.

    В отличие от нефти, природного газа и угля, запасы, которых будут исчерпаны в

    ближайшие  десятилетия или столетия, солнце будет светить ещё миллиарды лет. 2.Возобновляемость.                                                                                                                                                                            3.Глобальная доступность. 

   Солнце светит на всем земном шаре                                                                                                                                                                                                                              

4..Солнечные печи обеспечивают экономию денежных средств.                                                                                                      

5.Экологичность.

    Экономия дров, газа и других энергоносителей позволят существенно снизить нагрузку на окружающую среду, связанную с выбросами вредных продуктов сгорания. Их экологическая чистота не вызывает сомнений.

    Все эти достоинства должны стать причиной бурного роста солнечной энергетики во всем мире.

                                                                                                                                                                                                          Рефлексия.

В ходе выполнения проекта мы посетили музей в г. Иркутске «Байкальская Экологическая Волна», центр народных художественных промыслов, искали материал в библиотеке, на сайтах в интернете. Было очень интересно узнавать все новое и новое по физике, искать ответы на свои вопросы, беседовать с увлекающимися людьми. И не было концам восторга, когда смастерили своими руками печи. А эксперименты с печами…Сначала мы не верили результатам, а когда смогли объяснить с точки зрения физики, то почувствовали успех. Мы думаем, что у нас очень хорошо получилось  всё. Проблемы и трудности возникали, как без них, но они были преодолены.

Самооценка:

Мы начали работу над своим проектом в международный год света и световых технологий. Цели, которые мы поставили  перед собой, постарались выполнить.  С нетерпением ждём лета. Хотим провести серьёзные исследования с нашими моделями. И очень надеемся, что наши исследования принесут пользу не только нам, но всем кто заинтересовался нашей работой в ходе исследования, но и всем кто заинтересуется, познакомившись с нашим проектом. И темой нашего следующего проекта будет «Использование солнечных батарей».