Файл: Рабочая программа внеурочной деятельности по функциональной грамотности. Модуль естественнонаучная грамотность для учащихся 59 классов.pdf

60 ходимости моментально обеспечивает дополнительную мощность, не расходуя топливо и не загрязняя окружающую среду. Их совместная работа обеспечивает автомобилю прекрасные скоростные качества и топливную экономичность.
В начале движения блок управления энергию аккумуляторной батареи направляет на электромоторы, расположенные в передней и задней части автомобиля. Движение в нор- мальном режиме осуществляется за счет бензинового двигателя и электромоторов, вращаю- щих и электрический генератор. Генератор по команде блока управления осуществляет за- рядку батареи, отдавая ей излишки энергии. При торможении кинетическая энергия автомо- биля преобразуется в электрическую, которую блок управления возвращает в высоковольт- ную батарею, а бензиновый двигатель работает в обычном режиме. В традиционных систе- мах эта энергия торможения терялась. В отличие от них гибридная силовая система особенно эффективна в городе, где часто чередуются разгон и торможение.
Вопросы для обсуждения:
- Если в гибридных силовых установках энергия торможения после преобразования в электрическую и аккумулируется в батарее, то на какие процессы идет энергия торможения в традиционных автомобилях?
- Если в традиционных автомобилях расход топлива составляет от 7-8 литров на 100 км, то в гибридных – от 3-4 литров. Какова основная причина такой экономии топлива?
Задание:
1. Рассмотрите блок-схему гибридного автомобиля и вставьте пропущенное слово в утверждение: «Блок управления на основе информации, полученной от ____________, по- сылает исполнительные команды силовой установке и аккумуляторным батареям».

61
Тема 5: Производство электроэнергии
Тексты для чтения:
Текст 1
Светодиод (также используется сокращение СИД - светоизлучающий диод; латинский эквивалент – LED: light-emitting diode) - это полупроводниковый прибор с электронно- дырочным р-n переходом, который создает оптическое излучение, когда через него проходит электрический ток.
Работа светодиода основана на свойствах p-n или электронно-дырочного перехода, обусловленных взаимодействием двух полупроводников p-типа и n-типа: P – positive, то есть положительный тип, или дырочный, и N – negative, то есть отрицательный тип, или элек- тронный. В результате пропускания электрического тока в месте соприкосновения двух по- лупроводников происходит переход от одного типа проводимости к другому, и мы видим излучение света.
Светодиод имеет два вывода - анод и катод. На катоде расположен алюминиевый пара- болический рефлектор (отражатель). Он внешне выглядит, как чашеобразное углубление, на дно которого помещен кристалл. Полупроводниковый монокристалл – это основной элемент светодиода, в котором создан p-n-переход. Монокристалл имеет форму кубика размером
0,3x0,3x0,25 мм и соединен с анодом при помощи золотой перемычки. Оптически прозрач- ный полимерный корпус, являющийся одновременно фокусирующей линзой, вместе с ре- флектором определяют угол излучения светодиода и направленность пучка света. Современ-

62 ные светодиоды бывают всех цветов радуги: красные, оранжевые, желтые, зеленые, синие, белые. Свечение, которое излучает светодиод при подключении его к электрическому току, зависит от материала, используемого при производстве полупроводника. Так, например, примеси алюминия, индия, гелия, фосфора вызывают свечение от красного до желтого цвета.
Азот, галлий, индий придают излучаемому свету цвета от зеленого до голубого. Чтобы до- биться белого свечения в кристалл добавляют люминофор. Рабочие напряжения светодиодов разных цветов различны.
Главные достоинства светодиодов – высокий кпд (15%-60%) и длительный срок рабо- ты (до 100 000 часов).
Задания:
1. Специфический вид вольт-амперной характеристики светодиода приводит к тому, что даже небольшие пульсации напряжения в рабочем режиме сопровождаются значитель- ным изменением силы тока светодиода. Какими будут последствия плохого электрического контакта в цепи питания светодиода? Из предложенных вариантов ответов необходимо вы- брать правильный и указать его номер:
1) плохой электрический контакт обеспечит скачки сопротивления цепи и напряжения на диоде, из-за чего излучение светодиода будет «мигающим»;
2) никаких изменений в работе светодиода не будет, т.к. излучение обусловлено нагревом p-n перехода, а этот процесс достаточно инертен;
3) светодиод не будет создавать излучение.
2. Дайте объяснение явлению: Лампа накаливания обычно включена в сеть перемен- ного тока частотой 50 Гц, а светодиод – в цепь постоянного напряжения. Почему колебания силы тока в лампе накаливания не заметны, а выключение светодиода на 1 миллисекунду че- ловек воспринимает как «мигание»?
3: Предложите вариант конструкции светодиода с управляемым цветом излучения.
Текст 2

63
Гидроэлектростанция
Основная задача гидроэлектростанции – преобразование энергии текущей воды в электрическую энергию. В зависимости от типа станции конкретная техническая реализация будет разной, но принцип работы гидроэлектростанции остаётся неизменным. Рассмотрим технологию выработки электроэнергии на примере Жигулёвской ГЭС.
Разрез Жигулёвской ГЭС:
1 - верхний бьеф (часть водоёма, расположенная выше плотины по течению);
2 - водозабор;
3 - спиральная камера (сооружение, подводящее воду к турбине и формирующее по- ток на входе в направляющий аппарат; спиральная камера по форме напоминает улитку, за- крученную вокруг гидротурбины);
4 - направляющий аппарат (специальный механизм для регулирования расхода воды через турбину);
5 - гидротурбина;
6 - отсасывающая труба;
7 - нижний бьеф (часть водоёма, расположенная ниже плотины);
8 - вал;
9 - гидрогенератор; 10 - трансформатор; 11 - линия электропередачи.
Вода из верхнего бьефа (1) через водозабор (2) попадает в спиральную камеру (3). В спиральной камере поток дополнительно "закручивается" и, проходя через направляющий аппарат (4), равномерно подводится к гидротурбине (5). Раскручивая гидротурбину, поток теряет большую часть своей энергии, после чего отводится через отсасывающую трубу (6) в нижний бьеф (7). Гидротурбина полученную механическую энергию вращения передаёт че- рез вал (8) гидрогенератору (9). Гидрогенератор вращаясь, вырабатывает электрическую энергию, которая передается трансформатору (10), а затем выдаётся в сеть через линии элек- тропередачи (11).
Вопросы для обсуждения:
- Как повлияет на эффективность работы ГЭС (увеличится выработка электроэнергии; уменьшится эффективность, никак не повлияет) снижение уровня воды в верхнем бьефе?
- Почему частота вращения турбины в рабочем состоянии поддерживается постоян- ной: это уменьшает расход воды? постоян- ство частоты вращения обеспечит стабиль- ность частоты переменного тока 50 Гц во всей энергосистеме? такой режим соответ-

64 ствует максимальному кпд;?
- Влияет ли работа ГЭС на состояние водных биоресурсов?
Из приведенных ниже утверждений необходимо выберите правильные и укажите их номера:
1. Да, влияет, наблюдается изменение микроклимата, снижение скорости течения ре- ки, замедление водообмена и самоочищения, а также развитие сине-зелёных и диатомовых водорослей, ухудшение качества воды.
2. Да, влияет, происходит уменьшение рыбных запасов, сокращение числа ценных видов.
3. Нет, влияние незначительное, получение энергии компенсирует наносимый урон.
Текст 3
Солнечная батарея
Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ) на основе монокристаллического кремния показана на рисунке.
Тонкая пластина состоит из двух слоев кремния с различными физическими свой- ствами. Внутренний слой представляет собой чистый монокристаллический кремний, обла- дающий «дырочной проводимостью» (p-тип). Снаружи он покрыт очень тонким слоем крем- ния с примесью фосфора (n-тип). На тыльную сторону пластины нанесен сплошной метал- лический контакт. У границы n-и p- слоёв в результате перетечки зарядов образуются обед- нённые зоны с нескомпенсированным объёмным положительным зарядом в n-слое и объём- ным отрицательным зарядом в p-слое. Эти зоны в совокупности и образуют p-n-переход.
Когда солнечный элемент освещается, поглощенные фотоны генерируют неравно- весные электронно-дырочные пары. Электроны, генерируемые в p-слое вблизи p-n-перехода, подходят к p-n-переходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n- область. Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p- слой (рис. а). В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p- слой - положительный. Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а p- слой - положительному.
Эффективность преобразования энергии света в электрическую в подобных элементах достигает 35%. По технологическим причинам отдельный элемент возможно изготовить

65 только небольшого размера, поэтому для увеличения эффективности соединяют несколько элементов в батареи. Солнечные батареи прекрасно зарекомендовали себя в космосе как до- статочно надежный и стабильный источник энергии, способный работать очень длительное время. Главную опасность для солнечных батарей в космосе представляют космическая ра- диация и метеорная пыль, вызывающие эрозию поверхности кремниевых элементов и огра- ничивающие срок службы батарей.
Вопросы для обсуждения:

Где и когда мы можем воспользоваться данной информацией?

Известно, что эффективность солнечной батареи наибольшая при нормальном па- дении света на поверхность элемента. Повысит ли эффективность батареи использование устройств для их автоматического наведения на Солнце?
Задания:
1.Известно, что на энергетические параметры солнечной батареи влияет нагрев ее по- верхности падающим излучением, ориентация батареи относительно Солнца и ее геометри- ческие размеры. Опишите и изобразите схему исследования зависимости силы генерируемо- го тока от температуры батареи.
2. Отдельные элементы солнечной батареи можно соединять как последовательно, так и параллельно или последовательно-параллельно. Оцените финансовые, конструктивные и физические достоинства и недостатки этих вариантов включения.

66
Текст 2
Переливание крови
Кровь — это особенный вид соединительной ткани в организме человека, в состав ко- торой входят тромбоциты, эритроциты, лейкоциты, плазма. Она, как и любая ткань, выпол- няет определенные функции в организме человека: защитную, дыхательную, транспортную и регуляторную. Общий ее объем в организме человека составляет 4-5 литров.
15 июня 1667 года француз- ский врач Жан-Батист Дени впер- вые совершил переливание крови человеку. Сегодня эта лечебная технология показана при многих заболеваниях, но при этом остаётся крайне опасной процедурой. Сама процедура называется гемотранс- фузия.
Проводить процедуру без смертельных осложнений стало возможным только после открытия групп крови в 1901 году и резус-фактора в 1940 году. Сегодня переливают в ос- новном компоненты крови, например, только эритроцитную массу, свежезамороженную плазму, концентрат тромбоцитов и лейкоцитную массу. Самое распространённое показание к переливанию — это потеря крови. Острой потерей считается потеря пациентом в течение па- ры часов более 30 % объёма крови. Кроме этого, среди абсолютных показаний к гемотранс- фузии — шоковое состояние, непрекращающиеся кровотечения, тяжёлое малокровие, хирур- гические вмешательства. Гемотрансфузия была и остаётся крайне рискованной процедурой.
Переливание крови может вызвать серьёзные нарушения жизненно важных процессов, по- этому даже при наличии показаний к этой процедуре медики всегда рассматривают наличие или отсутствие противопоказаний, среди которых – сердечная недостаточность при пороках, миокардите, кардиосклерозе, гнойное воспаление внутренней оболочки сердца, гипертония

67 третьей стадии, нарушение кровотока головного мозга, общее нарушение белкового обмена, аллергическое состояние и другие заболевания.
Часто при абсолютных показаниях к переливанию крови процедуру производят, не- смотря на противопоказания, но при этом организуют профилактические мероприятия, например, для предупреждения аллергической реакции. Иногда при хирургических операци- ях применяется предварительно заготовленная собственная кровь пациента.
Перед переливанием крови пациента обязательно проверяют на противопоказания, ещё раз проверяют группу крови и резус-фактор и тестируют кровь донора на индивидуаль- ную совместимость. После этого проводится биологическая проба – пациенту вводят 25–30 мл крови донора и наблюдают за состоянием больного. Если пациент чувствует себя хорошо, то кровь считается совместимой и проводится гемотрансфузия со скоростью 40–60 капель в минуту.
После переливания несовместимой крови могут возникнуть осложнения, сбой дают почти все системы организма. Например, возможно нарушение функций почек и печени, об- менных процессов, деятельности желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой и цен- тральной нервной систем, дыхания, кроветворения.
Существует такое понятие как «кровяной допинг», иначе – аутогемотрансфузия. При этой процедуре производится переливание реципиенту его же собственной крови. Это доста- точно распространенная методика в спорте, однако официальные структуры приравнивают её к применению допинга. «Кровяной допинг» ускоряет доставку кислорода к мышцам, уве- личивая их производительность.
Задания:
1. Во многих научных работах гемотрансфузия рассматривается как операция, анало- гичная пересадке органов, т.е. обладающая большими рисками. Расположите действия вра- чей, указанные ниже, в последовательности их проведения: а. вторично проверяют группу крови и резус-фактор, б. проводится биологическая проба – пациенту вводят 25–30 мл крови донора, в. тестируют кровь донора на индивидуальную совместимость, г. если кровь считается совместимой, то проводят гемотрансфузия со скоростью 40–
60 капель в минуту, д. проверяют пациента на наличие противопоказаний.
2: Какими должны быть условия кратковременного хранения крови? Из предложен- ных вариантов ответов выберите правильный и укажите его номер: а. в запаянных емкостях в холодильной стерильной камере с температурой 2-6°С, б. в автоклаве,