PITRIK JÓZSEF TECHNIKA ÉS ÉLETVITEL 7. osztály Hetedik, átdolgozott kiadás CELLDÖMÖLK, 2002
Az Oktatási Minisztérium az 5/1998. (II. 18.) MKM rendelet 6. (3) bekezdése alapján a kiadványt T510. 927/1999. szám alatt jóváhagyta és tankönyvvé nyilvánította. AP 771/7 Alkotó szerkesztô Pitrik József Szerzôk Gion János Kovács Sándorné Németh László Pitrik József Pitrik Józsefné Lektorálta Félix József technikai szaktanácsadó Hegyi Sándor egyetemi docens Szerzôk, 2002 ISBN 963 464 650 6 Apáczai Kiadó 9500 Celldömölk, Széchenyi utca 18. Telefon: 95/525-000, fax: 95/525-014 Felelôs kiadó: Esztergályos Jenô ügyvezetô Szedés, színre bontás: Média Color Kft, Gyôr
Bevezetô Ez a könyv a TECHNIKA és az EMBER kapcsolatáról szól. Az ember évezredek során munkájával MÛVI (TECHNIKAI) RENDSZEREKET hozott létre. Egész életünkben szerepet játszanak a rendszerek: gyermekként a közöttük való eligazodást tanuljuk; felnôttként tervezzük, gyártjuk, karbantartjuk, kezeljük, használjuk, mûködtetjük ôket. A technikai rendszer környezetünk része, annak egy elhatárolható egysége, mely kölcsönhatásban van környezetével. Reggel korán ÓRA csengésére ébredünk. Az óra egy bonyolult technikai rendszer, amely kívánságunkra nemcsak az idô múlását jelzi, hanem zajos jelzéssel figyelmeztet is. A mosdás, mosakodás során egy összetett rendszert, a VÍZELLÁTÓ RENDSZERT mûködtetjük. Általában megfelelô nyomású, hômérsékletû és tisztaságú vízzel lát el bennünket. A reggeli készítésekor tojást fôzünk, teavizet forralunk, a GÁZELLÁTÓ RENDSZERT mûködtetjük, amely megfelelô nyomású és energiatartalmú gázt bocsát rendelkezésünkre. A pirítóst elektromos KENYÉRPIRÍTÓ RENDSZERREL készítjük el. Reggeli közben hallgatjuk a RÁDIÓT, amely egy összetett rendszer (RÁDIÓ) kimenete. A mûsort egy távoli stúdióban készítik, majd ADÓRENDSZER segítségével rádióhullámokat sugároznak ki, s ezeket a VEVÔRENDSZER fogadja és visszaalakítja beszédinformációvá. Iskolánkba általában valamilyen közlekedési eszközzel jutunk el. A közlekedési eszközök önálló GÉPRENDSZEREK, melyek egy bonyolult, összetett rendszernek, a KÖZLEKEDÉSI RENDSZERNEK a részei. Az általános iskola egy összetett ISKOLARENDSZER része, amely biztosítja, hogy az óvodától az egyetemig tanulhassunk, s egyik intézménybôl a másikba gond nélkül átkerülhessünk. Életünk minden pillanatában technikai, társadalmi és természeti rendszerekkel vagyunk kapcsolatban. Fontos törekvésünk, hogy megismerjük azokat a rendszereket, amelyeket nap mint nap mûködtetünk, amelyek kapcsolatban vannak velünk. A rendszerek megismerése elvont gondolkodást igényel. Egyszerûsített rajzokon kell eligazodnunk, de KÉPZELETÜNKBEN látnunk kell a VALÓDI RENDSZEREK képi mását, MODELLJÉT. Ha képesek vagyunk idáig eljutni, akkor képesek vagyunk arra is, hogy balesetmentesen, szakszerûen használjuk, üzemeltessük környezetünk rendszereit. A könyv jelölésrendszerét már ismered az 5. és 6. osztályból. Ha nem, találd ki! JÓ TANULÁST ÉS EREDMÉNYES ELIGAZODÁST KÍVÁNUNK KÖRNYEZETI RENDSZEREINK KÖZÖTT! 3
Anyagi javak elôállítása Fogyasztás és termelés (Olvasmány) Az ember szükségletei kielégítése érdekében anyagot, energiát, információt használ fel, azaz fogyaszt. Az egyén fogyasztása anyagi helyzetétôl, kultúrájától, életkorától függ. A fogyasztási igény fontos hajtóerô, amely arra ösztönöz, hogy elérjük vágyainkat. Ehhez a kívánt termékeket elô kell állítani, s az igénynek megfelelôen át kell alakítani. Ez a folyamat a termelés. Az emberiség története során munkamegosztás alakult ki. Ennek következtében a termelés és a fogyasztás sok helyen elkülönült egymástól. Sorolj fel olyan termékeket, amelyeket lakókörnyezetedben termelnek! Tudod-e? A világon mintegy 190 millió bennszülött (ôshonos = ôslakó = törzs) él. A bennszülött népek többnyire önellátóak. Élôhelyeik, földterületeik a beavatkozások következtében egyre csökkennek. Gyûjts cikkeket bennszülött törzsek életérôl! Milyen termékeket fogyasztanak? Hasonlítsd össze saját fogyasztásoddal! A világon több mint 350 millió család él a mezôgazdaságból. Ezek többsége még ma is csak kapával mûveli földjét, vagy olyan faekét használ, amelyet saját maga vagy háziállatai vontatnak. Fogyasztásuk néhány száz termékre korlátozódik. Földmûvelés Ipari üzem füstölgô kémény Az ember által fogyasztott termékek köre igen gazdag. Ezeket sok szempontból csoportosíthatjuk. Csoportosítsd a felsorolt termékeket a kiemelt szempontok szerint! További csoportosításokat is vegyél figyelembe! Csoportosítási szempontok: élelmiszerek háztartási eszközök ruházat...... Fogyasztási termékek: hal kávé evôeszköz iskolatáska CD lemez gyümölcs pezsgô tányér füzet tévé gabona ceruza késélezô olvasólámpa ceruzaelem zöldségféle golyóstoll dianézô csomagolópapír újság marhahús radír pulóver tej fényképezôgép üdítô olló cipô könyv virág kés nadrág fogkrém tapéta sütemény 4
A termelés olyan folyamat, melynek során a természetben található anyagokból fogyasztásra alkalmas termék készül. A természeti anyagok felhasználása óriási mértékben növekedett az utóbbi évtizedekben. A kôzetek, az ércek, a szén, a kôolaj és a földgáz feldolgozása még mindig nô. Az ásványi kincsek egy része kimerülôben van. Például a kôolaj már csak 30 évre, a földgáz 25 évre elegendô. Ugyanakkor a bányászat számtalan sebet ejt a természeti környezeten. A termôterületek igénybevétele megsokszorozódott. A tápanyagok utánpótlása gyakran elmarad, hiányzik a figyelmes, szakszerû gazdálkodás. Ezért a szikesedés, a sivatagosodás csökkenti a termelésre alkalmas területeket. A mezôgazdasági és az ipari termelés növekedésével a környezetbe kerülô szennyezô anyagok (folyadékok, gázok, szilárd anyagok) és termelési hulladékok terhelik a természeti környezetet. Sajnos, a fogyasztók is felelôsek a környezet károsításáért, hiszen a felhasználói hulladékok többnyire ellenôrizetlenül, szakszerûtlenül kerülnek a természeti környezetbe. Tudod-e? A japánok amerikai pulykát és ausztrál osztrigát esznek. Az USA-ban fogyasztott szôlô egynegyedét Chilébôl szállítják oda. Hazánkban az egy fôre jutó fogyasztás termelés gabona 480 kg 1400 kg burgonya 55 kg 126 kg hús 78 kg 160 kg A munkamegosztásból eredô szállítás és az ehhez kapcsolódó csomagolás is jelentôs mértékben hat a környezetre. Szikes rét Milyen anyagokba csomagolják a felsorolt termékeket? fogkrém... tej... cipô... cukor... tejföl... csokoládé... virág... Gólyafészek mûvelt területen Mit csinálsz a csomagolóanyaggal? A csomagolóanyagokat használatuk után vissza kell juttatunk a termelési folyamatba. Így anyagot és energiát takarítunk meg, és kíméljük a környezetet. Hogyan? Hova tegyük használat után? 5
Anyagi javak elôállítása Termelési centrumok környezetünkben A termelés az emberi szükségletek kielégítésére alkalmas termék (használati érték) elôállítását, szállítását és fogyasztásra való elôkészítését jelenti. Elôállítás Szállítás Elôkészítés fogyasztásra A termelést a feladatok szerint termelési területekre, ágazatokra oszthatjuk fel. Ezek: MEZÔGAZDASÁG ÉPÍTÔIPAR IPAR SZÁLLÍTÁS KERESKEDELEM A MEZÔGAZDASÁG összefoglaló név, amely a föld mûvelését, a legelô- és rétgazdálkodást, az állattenyésztést és az erdôgazdálkodást is magában foglalja. A mezôgazdasági ágazatok szorosan összefüggnek egymással. A mezôgazdasági területek rendszerint már a települések közvetlen környezetében kezdôdnek, gyakran körbefogják a lakóhelyeket. Az ember igyekszik a területeket a lehetô legcélszerûbben kihasználni. Ennek érdekében az egyes területeken jellegzetes növénykultúrákat és állattenyésztést honosított meg. Sorolj fel mezôgazdasági termékeket! Milyen tényezôk befolyásolják a mezôgazdasági termelést? Írj le néhányat!.................. Összefüggô mezôgazdasági terület Állattenyésztés a mezôgazdaság jelentôs ágazata Tudod-e A termôföld értékét még ma is az aranykorona érték fejezi ki. Az 1875. évi XII. törvénycikk rendelte el a mezôgazdasági földek minôségi besorolását a talajállapot, a fekvés, a mûvelési ág és a közgazdasági környezet figyelembevételével. Ez alapján meghatározták a helyrajzi számokon nyilvántartott területen évente elérhetô tiszta jövedelmet. Ezt értékálló fizetési eszközben, az aranykoronában fejezték ki. Például jó minôségû, búzatermesztésre alkalmas terület holdanként kb. 30 aranykorona értékû. Az ÉPÍTÔIPAR egyedi és helyhez kötött termékeket, az építményeket hozza létre. Fô ágazatai: a magasépítészet a felszín feletti épületeket alkotja. A mélyépítészet a talaj felszíne alatti mûtárgyakat (pl. aluljáró, zsilip) és építményeket készíti. 6
A szerelô- vagy szakipar az építmények belsô tereit alakítja ki, felszereli és üzembe állítja a berendezéseket. Az egyes ágazatok szoros kapcsolatban vannak egymással. Az építôipar nem telepített jellegû, ezért igen jelentôsek a szállítási igényei. Milyen nagy építkezések vannak most környéketeken? Az IPAR a természeti kincsek, a nyersanyagok üzem- Az építôipar behálózza a világot szerû feldolgozását és átalakítást összefogó termelési ág. Történeti szempontból kézmû-, házi-, vándorés gyáriparra osztható. Ma nagyipart (gyáripar) és kisipart különböztetünk meg. Az ipar nagy területeket foglal el, s jelentôsen befolyásolja környezetét. Szerteágazó területei közül a legfontosabbak: élelmiszeripar, ruházati ipar, építôanyag-ipar, bútoripar, gépipar, elektromos ipar, energetikai ipar, informatikai ipar, vegyipar. Az ipar a városokhoz és a városok környékéhez kötôdik. Így gyakran összefüggô ipartelepek és ipari városok jönnek létre. Milyen ipari üzemek vannak a környéketeken? Mit termelnek? Milyen kapcsolatai vannak egy ipari üzemnek a környezô lakóterülettel? Mi az elônye és a hátránya az ipartelepeknek? A SZÁLLÍTÁS olyan ágazat, amely személyek, anyagok (nyers-, félkész, készanyagok), energia és információ áthelyezésére hivatott. A szállítási útvonalak, hálózatok összeköttetést biztosítanak a különbözô termelôhelyek (centrumok) között. A szállítás mûtárgyai (utak, vezetékek) és a szállítóeszközök jelentôs hatással vannak a környezetre. Hogyan hálózzák be az útvonalak, elektromos, víz-, hôszállító vezetékek a településeteket? A KERESKEDELEM látja el fogyasztási cikkekkel a lakosságot. Kapcsolatot létesít a fogyasztó és a termelô között. Gyakran végez bizonyos mûveleteket is, például raktároz, minôséget ellenôriz, átrendez, csomagol stb. Mivel a termelés és a fogyasztás gyakran ingadozik, nagyon fontos a kereskedelem összehangoló szerepe. A kereskedôházakhoz (nagykereskedôk) nagy raktárak kapcsolódnak. Ezekbôl a raktárakból látják el áruval a kiskereskedôk üzleteit. A raktárak jelentôs területet foglalnak el. Az üzletek, áruházak fontos, sokszor meghatározó létesítményei a településeknek. A külszíni bányászat átalakítja a települések környékét Milyen üzletek vannak településeteken? Miért szakosodnak az üzletek? Mi az elônye és a hátránya: az áruházaknak; a bevásárló centrumoknak; a kis boltoknak? A hidak környezetformáló hatása Mit is vegyek? 7
Anyagi javak elôállítása Hulladékok környezetünkben Az élet miden területén a termelésben és a fogyasztásban állandóan keletkeznek olyan anyagok, amelyek az adott helyen és idôben nem hasznosíthatók. Ezek a hulladékok. SZENNYEZÉS SZENNYEZÉS NYERSANYAG TERMELÉS FOGYASZTÁS TERMELÉSI HULLADÉK Szelektív hulladékgyûjtés (Németország) Tudod-e? FOGYASZTÁSI HULLADÉK Termelési hulladék: a technológia során keletkezô anyag, amely nem épül be a termékbe. Elkülönülve (szelektíve) keletkezik. Fogyasztási vagy települési hulladék: a fogyasztás során keletkezô anyag, amelyet nem hasznosítunk. Elkülönítve gyûjthetô, de sok helyütt nem így gyûjtik. Veszélyes hulladékok: azok a hulladékok, amelyek az emberi életre, az egészségre, az élôvilágra károsak. Szennyezô anyag: a technológia vagy a felhasználás során keletkezik, de jelenlegi ismereteink szerint nem fogható fel, nem hasznosítható. Melléktermék: a gyártás során (mellékesen) keletkezô, egyéb célra hasznosítható termék. A hulladékokat a keletkezési hely szempontjából csoportosítjuk. Így van: mezôgazdasági hulladék: például trágya, aratási maradványok, lehullott gyümölcsök; ipari hulladék: például meddô, forgácsok (fém, fa, mûanyag); építési hulladék: például törmelék, tégla- és betonmaradék, fahulladék; települési hulladék: például ételmaradékok, csomagolóanyagok, falevelek, ágak, papírhulladék, kiselejtezett jármûvek, bútorok, autóabroncsok, akkumulátorok, elemek, izzók; speciális hulladék: például fertôzött élelmiszerek, elhullott állatok, fel nem használt gyógyszerek, Szelektív hulladékgyûjtés mérgezô anyagok, robbanásveszélyes anyagok, permetezôszerek. A hulladékok kezelésére kialakult módszerek: Felhasználás saját technológiában, például pogácsasütés otthon. A kiszaggatás után megmaradt tésztát összegyúrjuk, és újra felhasználjuk. Más technológiában való felhasználás, például kôtörmelék útépítés, salak, sportpályaépítés; ételmaradék állatokkal való feletetés. 8
Égetés A hulladék elégetésével keletkezô hôt hasznosítják. Az égéstermék a környezetet terheli. Komposztálás A nagy szervesanyag-tartalmú hulladékok ellenôrzött módon visszakerülnek a talajba. Rendezett lerakás Elôkészített területre tömörítve rakják le a hulladékot. Folyamatosan ellenôrzik a talajvizet, kivezetik és hasznosítják a biogázt. Rendezetlen lerakás Egy reklám, amely segíthet Mûanyagdobozkák gyûjtése üzlet elôtt FONTOS! Arra kell törekednünk, hogy a gyártási technológiákban mind kevesebb hulladék keletkezzen. Ezek az úgynevezett hulladékszegény technológiák. Keresni kell az utat az anyagok újra hasznosítására (recycling)! Ezzel érhetjük el azt, hogy egyre kevesebb eredeti természeti kincset használjunk fel. Törekedni kell arra, hogy minél kevesebb anyagot égessünk el! Ezzel kétszeresen is kíméljük a környezetünket. (Mért?) Csak a veszélyes, másképpen nem kezelhetô hulladékok megsemmisítésére használjuk! Törekedjünk a komposztálásra! Olvass utána! Gyûjtsük szelektíven a hulladékot! Mindig a megfelelô tárolóba dobjuk! Figyeld meg a környezetedet! Hogyan gyûjtitek a háztartási hulladékot? Mit hasznosítotok és hogyan? Mit csináltok: az elhasznált izzókkal, fénycsövekkel, elemekkel, akkumulátorokkal; a mûanyag csomagolóanyagokkal, flakonokkal, fóliákkal; az élelmiszer-hulladékkal; az újság- és csomagolópapírokkal; az elhasznált ruhanemûvel? Valóban kell a reklám Hulladéklerakó? Szeméttelep! Területfoglalás a Balatonnál törmelékfeltöltéssel Tudod-e, hol van a településed hulladéklerakó telepe? Gyûjts képeket a szelektív és korszerû gyûjtésrôl! Komposztálók 9
Korszerû rendszerek Energia elôállítása és felhasználása Az energia felhasználása különbözô korokban Az ember mint a természeti környezet része észlelte a természetben lejátszódó folyamatokat. Érzékszervei révén különbséget tudott tenni a folyamatok különbözô állapotai között. Így önkéntelenül felhasználta a folyamatok jellemzésére az energiaváltozás különbözô megjelenéseit. A Nap éltetô energiasugárzását hôérzet formájában érzékelte. Azt is megfigyelte, hogy a meleg szelek, a sebes vizû patakok vízárama, a villámlás és a mennydörgés összefüggésben van a Napból érkezô hatással. Energia a természetben Tudod-e? Ôsidôk óta foglalkoztatnak bennünket a természeti jelenségek. Érzéseinket a csodálattal vegyes tisztelet és a félelem jellemezte. Ezeket az érzéseket elôdeink igyekeztek valamilyen módon kifejezésre is juttatni. A mondák csodás alakjaiban személyesítették meg az ôket foglalkoztató jelenségeket. A finn KALEVALA eposzban Etelitör a meleg szelek, Melatur a sebes vizû patakok, Uhhó a villám és a mennydörgés megszemélyesítôje. A görög mitológiában Poszeidón a tenger, Akhelósz és Péneiosz a folyamok, Podargé a vihar, Héliosz a Nap, Héphaisztosz a tûz istene. Az ember egyre inkább hasznosította a környezetben zajló spontán energiaváltozásokat. A vizek (mozgási) energiáját fa szállítására, tutaj, csónak mozgatására használta. Késôbb, a földmûvelés elterjedése arra ösztönözte, hogy (a helyzetienergia-különbséget felhasználva) áradásos elárasztással oldja meg az öntözést. Csatornákat, zsiliprendszereket épített, és tudatosan használta a víz energiáját. A vízikereket már meghatározott célokra használta, így ôrlésre, vízemelésre, fafûrészelô, kovácsoló vagy más gépek mûködtetésére. A szél energiájának hasznosítására is törekedett. Hamar felismerte, hogy a szél bolondos, változékony, ezért csak az tudja jól felhasználni, aki ismerik a széljárást. A vitorlás hajók egyre bonyolultabb vitorlarendszereivel fogták be a szelet. A szeles vidékeken munkára fogták ezt az energiát, ôrlésre (gabona, festék), vízemelésre hasznosították. Vízimalom Az égbôl jött vad tüzet az ember régóta ismeri. Késôbb számos tûzgyújtó eljárást fejlesztett ki annak érdekében, hogy függetlenedjen a természeti jelenségtôl. Milyen tûzgyújtó módokat ismersz? Olvass utána! A tûz energiáját melegedésre, ételek elkészítésére használták, de állatok ûzésére (szavannaégetés), fa irtására is jó volt. A kerámiák égetésével szerzett tapasztalatokat a fémek olvasztásában használták. A tûz munkavégzésre való felhasználását elôször HERON írta le i. e. 120 körül. 10
Tudod-e? Kezdetben csak a fa szerkezetében kötött (kémiai) energiát használták fel, de Babilonban már a felszínen talált bitument is égettek. Julius Caesar légionáriusai tüzeltek elôször kôszénnel a brit szigeteken. Kínában 2000 évvel ezelôtt égettek olajat és gázt is. Az emberré válás folyamatában jelentôs szerepet játszott az ember által kifejthetô energia hasznosítása. Tárgyak mozgatására, evezésre, forgatásra gyakran használta saját kezével vagy lábával kifejthetô munkáját. Az állati igaerô hasznosítása már az i. e. 3. évezredben általánosan elterjedt. A különbözô földrészeken mely állatok igaerejét hasznosítja az ember? A különleges természeti adottságok miatt egyes népek felhasználták a gejzírek, hôforrások, vulkánok energiáját. Tudod-e? Az ember természetes törekvése az anyag munkába fogása. Az elsô úgynevezett örökmozgó (perpetuum mobile) szerkezetek az 1200 körüli idôkbôl ismertek. Keress könyveket, amelyekben ötleteket találsz az örökmozgóra! Milyen szerkezeteknek tartjuk a mai reklám örökmozgó -kat? A szélenergia klasszikus alkalmazása Az örökmozgók elsô cáfolatát SIMON STERIN adta 1586-ban. Az energia megmaradásának törvényét ROBERT MAYER fogalmazta meg 1842-ben. Miben különböznek az ábrán látható szélmalmok? Erôgép nélkül Szélenergia hasznosítása Hazai szélmalmok pihenôben Hogyan vették figyelembe a molnárok a szélirány megváltozását? Milyen szerkezeti elem hiányzik a lapátokról? Vontatás állati erôvel 11
Korszerû rendszerek Energia elôállítása és felhasználása Ásványi energiahordozók A természetben fellelhetô energiaforrásokat két nagy csoportba oszthatjuk: Megújuló az energiaforrás, ha (a vizsgált idôszakban) az energiahordozóból több keletkezik, mint amennyit felhasználunk. Ilyenek: a napsugárzás, a víz energiája, a szelek, az ár-apály energiája, a geotermikus energia, az úgynevezett biomassza. Nem megújuló az energiaforrás, ha (a vizsgált idôszakban) az energiahordozóból kevesebb keletkezik, mint amennyit felhasználunk. Ilyenek: a szén, a kôolaj és földgáz, a hasadó anyagok. A legfontosabb energiaforrások keletkezési sémája a vázlatrajzon tanulmányozható. Mit jelölnek az egyes jelek? KELETKEZÉS Az ásványi (fosszilis) energiahordozók a szén, a kôolaj, a földgáz a földtörténeti korból ránk marad napenergia-tárolók. A szén a növényi anyagok nagy tömegû elpusztulása, lerakódása után a nagy nyomás és hômérséklet hatására keletkezik. Milyen katasztrófák okozhatják a fák, bokrok elpusztulását? Az ásványi szeneket szén-, hamu-, és víztartalmukkal jellemezzük. Gyûjts különbözô szénfajtákat! Hasonlítsd össze ezeket: szín, fény, keménység és rétegzôdés szempontjából! A szénhidrogének (a kôolaj és a földgáz) nagy tömegben elhalt tengeri állati élôlények maradványaiból keletkeztek iszapképzôdés és rárakódások következtében. A kôolaj nehezen folyó, fekete massza. Közvetlenül nem használjuk, feldolgozzuk. A földgáz a keletkezés helyétôl messze képes vándorolni. Különbözô éghetô és nem éghetô gázokat tartalmaz. Milyen katasztrófák okozhatták az állati szervezetek tömeges pusztulását? Milyen árukká dolgozzák fel a kôolajat? A hasadó anyagok közül a legfontosabb a természetes urán. FELHASZNÁLÁS Az ásványi energiahordozók egyenlôtlenül oszlanak el a világon. Az anyagok kiaknázása bányákban és kutak üzemelésével történik. Ezek nagy területeket foglalnak el, rendszerint tájromboló hatásuk van, azonkívül légszennyezô és vízszennyezô anyagokat bocsátanak ki. 12
A szenek és szénhidrogének fô felhasználási területei: hôerômûvi felhasználás: villamosenergiát állítanak elô; ipari felhasználás: gázokat, mûanyagokat, kenôanyagokat gyártanak belôlük; hôhasznosítás: épületfûtésre, technológiai hô elôállítására, gépek (például gépkocsik) üzemeltetésére használják. A hasadó anyagok energetikai felhasználása atomerômûben történik. Az atomerômû a bomlási magreakciók (Urán 235) energiájával mûködô hôerômû. Tanulmányozd a képsorokat! Figyeld meg környezeti hatásaikat, kapcsolataikat! füstgáz 3 2 6 1 tüzelôanyag levegô 5 4 7 1. Tûztér 2. Kazán 3. Túlhevítô 4. Gôzturbina 5. Kondenzátor 6. Tápszivattyú 7. Generátor Gôzerômû folyamatábrája 2 1 8 3 4 7 füstgáz 2 levegô 3 4 6 1. Reaktor 2. Primér kör 3. Szekunder kör 4. Gôzturbina 5. Kondenzátor 6. Tápszivattyú 7. Generátor 8. Hôcserélô Atomerômû folyamatábrája 6 5 1. Tûztér 2. Gázturbina 3. Kompresszor 4. Generátor Gázturbinás hôerômû folyamatábrája 1 tüzelôanyag 13
Korszerû rendszerek Energia elôállítása és felhasználása Megújuló energiaforrások Az ember figyelme az utóbbi évtizedekben ismét a megújuló energiaforrások felé fordult. Az emberiség létszámának növekedésével igényei is óriási mértékben növekednek, így az energiaéhség soha nem látott ütemben nô. A fosszilis anyagok környezeti szennyezô hatása közismert, ezért olyan forrásokat keresünk, amelyek tiszta energiának tekinthetôk. A kényelmes villamos energia felhasználása is növekszik. Ezért egyre inkább elôtérbe kerülnek azok a megújuló energiák, amelyek segítségével elôállítható a villamos energia. Az energiahordozók felhasználási arányai különbözô korokban Tudod-e? 1880-ban New Yorkban THOMAS EDISON megalapította a világ elsô villanytársaságát. EDISON egy Wall Street-i raktárházban álló széntüzeléses kazánhoz gôzgépet csatlakoztatott. Innét látta el villamos energiával a közeli irodaházat. 1882. szeptember 6-án a Pearl Street-i állomáson 158 db, EDISON által tervezett izzólámpa gyulladt ki. Energiahordozók aránya a világ villamosenergia termelésében A Nap sugárzó energiája a Napban végbemenô folyamatok révén keletkezik. (A hidrogénatomok héliummá alakulnak.) Az energia egy része visszaverôdik a felhôkrôl, a felszínrôl, másik része elnyelôdik a légkörben, illetve párolgásra fordítódik. A napenergia hasznosításának fôbb lehetôségei: Közvetlen hasznosítás (szárítás, üvegházak, napházak). Napkollektorok alkalmazása: a Nap látható sugárzási energiáját hôsugarakká alakítják. Hazánkban elsôsorban használati melegvíz elôállítására alkalmasak, de fûtésrásegítésre is használhatók. 14
Napelemek alkalmazása: a sugárzási energiát közvetlenül villamos energiává alakítják, az átalakítás hatásfoka kicsi. Naperômûvek: a sugárzási energiából gôzkörfolyamat segítségével villamos energiát állítanak elô. A szél energiáját a Nap sugárzása tartja fenn. Pillanatnyi értéke véletlenszerûen változik. Elsôsorban tengerparton, sivatagokban használható fel, ahol a szél évi átlagos sebessége nagyobb mint 4 m/s. Hasznosítása: hajózás, ôrlés, vízemelés, fafûrészelés, szélerômûvek. Napkollektorok alkalmazása A vizek energiáját a Nap sugárzása tartja fenn. A víz elpárologtatására fordított energia 1 %-a fordítódik a víz helyzeti és mozgási energiájára. Hasznosítása: vízkerekek, vízerômûvek. Tudod-e? Hazánk legfontosabb vízerômûvei és teljesítményeik: Napelemek alkalmazása a vadvédelemben Szélenergia hasznosítása Tiszalök 1954-ben épült 12,5 MW Kisköre 1972-ben épült 28 MW Ikervár 1900-ban épült 1,2 MW Kesznyéten 1943-ban épült 4,4 MW A víz energiája Egy lakás energiafogyasztása ~ 125 kwó, azaz a tiszalöki vízerômû 1 óra alatt 1000 lakás egyhavi villamos energiáját termeli meg. Vadvédelmi hálózat Szélerômû A geotermikus energia a földköpenyben lévô hévizek, gejzírek, lávák energiája. Hazánkban a termálvizeket gyógyászati célokra és fûtésre hasznosítjuk. Ezeket a vizeket a felhasználás után vissza kell juttatni a talajba. A megújuló energiaforrásokat szokás alternatív energiaforrásoknak is nevezni, mert új utat nyitnak az energiafelhasználásban. Mennyi villamos energiát használtok fel a lakásotokban 1 hónap alatt? Nézd meg a számlákat! Készíts grafikont! Gyûjtsd össze, hogy milyen energiafogyasztók vannak a lakásban, és mennyi a beépített teljesítmény! Például: izzólámpa 5 db 100 W 2 db 40 W Összegezd a beépített teljesítményeket! Mikor használjátok egyszerre ezeket? 15
Korszerû rendszerek Energia elôállítása és felhasználása Az energia átalakításának környezeti problémái Az ember céljai érdekében a természeti energiákat átalakítja, hasznosítja. A népesség növekedése, a technikai rendszerek fejlesztése mind több energia felhasználását követeli. Az energiaátalakítás és hasznosítás azonban környezeti beavatkozásokkal jár. A társadalom egyrészt követeli a fejlesztéseket (például autógyárakat, autópályákat, trolibuszvonalakat, lakásépítéseket, ), másrészt kifogásolja az energiaárak növekedését, fél a nagyméretû erômûvektôl és meggátolja az erômûvi hulladékok lerakását. Ezek a problémák gyakran helyi vagy regionális elégedetlenséghez, társadalmi konfliktusokhoz vezetnek. Az energiafelhasználás hatása a természeti környezet egyensúlyára a legveszélyesebb. A bányák, a meddôhányók, az energetikai hulladéklerakók közvetlenül veszélyeztetik a talajt, a talaj vízháztartását. Nehézfémek, szénporok, szénhidrogének kerülhetnek a talajba, a vízbe. Tudod-e? Az iparszerû széntermelés hazánkban 1759-ben Brennbergben kezdôdött. Még ebben az évszázadban Pécs környékén, Nógrádban, Borsodban, Bánságban nyitottak bányákat. Ma legfontosabb bányák: Visonta (1969) és Bükkábrány (1988) külszíni fejtései. Miért zárnak be bányákat Magyarországon? A bükkábrányi bányában 1998-ban 3 688 843 t szenet bányásztak és 14 314 669 m 3 meddôt takarítottak le a szénrétegekrôl. Ezt a szenet is a Mátrai erômû kazánjaiban tüzelik el. A mátrai erômû összteljesítménye 836 MW. A hazai villamosenergia-termelés ~ 13%-át állítja elô. Mit csinálnak a lehordott meddô anyagokkal? Az ásványi szenek kéntartalma jelentôs: 2 8% is lehet. A füstgázba kerülô kén kén-dioxiddá ég el, majd a füstárammal kerül a légtérbe. Itt nedvességet vesz fel és kénessavvá alakul. Egy része szilárd részecskékre (korom, pernye, por) tapad, másik része a felhôzetekbe kerül. A maró hatású szilárd részecskék korróziókat okoznak (korrózió = az anyag felületébôl kiinduló rongálódás) az épületeken, a gépjármûveken. A felhôzetbe került kénvegyületek savas esô formájában szennyezik a környezetet. Milyen hatásai vannak a savas esôknek? Az ásványi energiahordozók égetése során szén-dioxid (CO 2 ), szén-monoxid (CO), nitrogén-oxidok (NO és NO 2 ), kén-dioxid (SO 2 ), szénhidrogének, pernye, korom, kerül a légtérbe, így megváltoztatja a levegô természetes összetételét. Ezek a légszennyezô anyagok részben lebegve maradnak a levegôben, részben kiülepednek, kimosódnak. Így közvetett módon a talajt és a vizet szennyezik. Tudod-e? A levegôbe jutó égéstermékek egy része (CO 2 ), más gázokkal együtt (pl. metán) üvegház hatást hoz létre. Ezek a gázok a föld légkörében egy olyan burkot alkotnak, amely átengedi a Nap látható sugarait. A napsugarak a növényekrôl, tárgyakról visszaverôdnek hôsugarak formájában. Ezeket azonban az üvegház gázok már nem engedik ki a légkörbôl. Következmény: a légkör felmelegedése. Milyen (közvetett) hatásai vannak az üvegházhatásnak? Az ózon (O 3 ), a természeti folyamatok következtében keletkezik. Az ózon fôként a Föld légterének felsô szakaszában 10 40 km között helyezkedik el. Az égéstermékek egyik fontos alkotója lehet az ózon. Magas hômérsékleten (égéstérben) a levegô oxigéntartalmából keletkezik. Az ózonréteg védelmet nyújt a földi életnek a veszélyes ultraviola sugárzás ellen. A légkörbe kerülô szennyezô anyagok egy része bontja az ózonréteget. Ezzel ún. ózonlyukak jönnek létre. Milyen következményei vannak az ózonréteg csökkenésének? Mely anyagok csökkentik az ózon mennyiségét? Az energiafelhasználás egy átalakítási lánc, mely során a rendelkezésünkre álló természeti erôforrást (primér = elsôdleges energiahordozó) számunkra megfelelôbb energiahordozóvá alakítjuk át. Ez az átalakítás rendszeresen nem egy lépésben történik, ezért másodlagos, harmadlagos, energiahordozókról beszélünk. Ha turmixitalt kívánunk készíteni, akkor megfelelô jellemzôjû forgó mozgásra (mechanikai energiára) van szükségünk. Ezt a villamos energiahálózatból nyert energia átalakításával kapjuk. De hogyan nyerjük a villamos energiát? Ha hôerômûvel állítjuk elô, akkor a szén kémiailag kötött energiájából égetéssel felszabadított hô felmelegíti a vizet, amely gôzzé alakul és energiatartalmának jelentôs részét gôzturbinában forgó mozgássá alakítja. Ennek a mozgásnak a segítségével forgat- 16
ják meg a villamos hálózatra dolgozó és villamos energiát termelô generátort. A munkát végzett gôzt azonban takarékossági okokból vízzé csapatjuk le (kondenzáltatjuk), így visszanyomható a kazánba. Az energetikai lánc minden szakasza veszteséges, ezért az átalakítás összhatásfoka igen alacsony. A veszteségek szennyezô anyag és hô formájában terhelik a természeti környezetet. Milyen berendezésekkel tudjuk átalakítani a különbözô energiaféléket? Válassz a felsorolt technikai berendezések közül! A megfelelô sorszámot írd az üres téglalapokba! 1. villamos motor 2. gázturbina 3. gôzturbina 4. kazán 5. generátor 6. belsôégésû motor szén gôz forgó villamos forgó mozgás energia mozgás Az energiaátalakítások során szennyezô anyagok, hô, hulladékok kerülnek a környezetbe. Arra törekszünk, hogy környezetbarát energiaátalakításokat végezzünk. Ez elsôsorban a megújuló energiák használatával lehetséges. Ezek a technológiák is terhelik a környezetet, de a légkörre kifejtett hatásuk lényegesen kedvezôbb. Válaszd ki, mely energiaátalakítások jellemezhetôk a felsorolt kedvezôtlen környezeti hatásokkal! Írd a megfelelô sorszámokat az energiaátalakításokhoz! Fóliasátor Napkollektor Szélerômû Geotermikus erômû Vízerômû 1. területfoglalása nagy 2. zajos a környezetre 3. jelentôs épületeket kell emelni, drága 4. veszélyezteti a repülést 5. a hasznosított vizet el kell helyezni 6. a felhasznált vizet vissza kell sajtolni a talajba 7. villamos energia kell a mûködtetéshez 8. anyaga hamar tönkremegy, elhelyezése megoldatlan Tanulmányozzuk az ábrasort! Keressünk hasonlóságot az energiaátalakulások között! A Föld és légköre Üvegházhatás Napkollektor Van-e hasonlóság a légkör üvegházgáz-tartalma, a fóliasátor anyaga és a napkollektor üveglapja között? Milyen közös tulajdonságok jellemzik ezeket? Milyen gázok alkotják a légkört, és ezek közül melyek az üvegházgázok? Hogyan kerülnek ezek a légkörbe? Miért készítik el gyakran a fóliasátrakat kétrétegû (külsô és fátyol) fóliával? Milyen közeget áramoltathatunk a napkollektorban? Milyen anyagot választanak a csôkígyó számára? Milyen anyaggal szokás bélelni a napkollektor belsô felületét? Miért fontos az energiatakarékosság? 17