Опыты по получению электрического тока
Межпредметная интеграция по теме «Космос и НАНО-технологии»
Лаборатория «Инкубатор идей»
Вначале все сидят, пишут, работают. Включается музыка, прекращают делать свои дела, поднимают голову, смотрят на экран. Далее встают, подходят к экрану. Видеообращение заканчивается.
Ксюша Г.: Друзья, мы были первые в космосе, будем первые и на Марсе! Вперед на МАРС!
Такое преобразование планеты называют Терраформированием. Это процесс меняет недружелюбную окружающую среду (если планета слишком холодная, слишком горячая, не имеет пригодной для дыхания атмосферы) на более подходящую для жизни людей. Он может включать изменение температуры, атмосферы, топографии поверхности, экологии — или всего вышеперечисленного — чтобы планета стала более «приземленной» и не убила нас моментально.
Перед нами стоит ряд задач: (слайд с задачами), проговаривает задачи, на слайдах эти задачи отмечаются галочкой.
Прослушайте краткие сведения о красной планете (достает полусферу Марса):
Сокуренко Е. (слайд)
Масса Марса – 0,1 Мземли
Радиус Марса – 0,5 Rземли
Расстояние от Марса до Солнца – 228 млн. км
Сутки на Марсе – 24,6 часа
Год на Марсе – 686,9 суток
Средняя температура – минус 63 0С
Атмосферное давление 0,006 атм
Угол наклона оси – 25 градусов
Гравитация – 0,4 g
Магнитное поле – практически отсутствует
В. Ляхов
С чего начать освоение Марса?
С серии 18 месячных космических экспедиций на Марс (ставит рядом с Марсом космический корабль и несколько космонавтов). По современным данным, среднее время пути на красную планету туда и обратно для человека составит 500 дней. Это около 17 месяцев. Плюс 1 месяц команда космонавтов будет работать на планете: строить обитаемые модули, запускать заводы, лаборатории, проводить научные исследования.
|
|
|
Костылева А.
Поскольку экспедиция займет длительное время, необходимо подобрать ракетное топливо, для того, чтобы достигнуть желаемой цели.
Изучив литературу, мы выяснили, что ракетное топливо может быть химическим (жидким и твёрдым), ядерным, термоядерным.
Для экспедиций на Марс больше подходит термоядерный ракетный двигатель и, следовательно, соответствующее для него топливо. Эти размышления вытекают из того, что дальние полеты за пределы Солнечной системы требуют большого количества топлива, а взлетная масса космического корабля сильно ограничена. Силы тяготения значительно снижают стартовый вес космических систем и массу полезного груза.
В термоядерном РД используется термоядерная реакция дейтерия с изотопом гелия-3, в результате которой получаются гелий-4 и протоны и высвобождается огромное количество энергии:
|
|
|
D + He3 →He4 + Н.
На наш взгляд такой двигатель и используемое им топливо наиболее подходящее.
Как же можно получить это топливо? Можно предложить проект завода-автомата передвижного типа для получения изотопа гелия-3. В передней части добывающего агрегата размещается вращающее колесо с ковшами типа роторного экскаватора, которое черпает рыхлый грунт и загружает его в бункер, где происходит обработка. В основном модуле этого завода грунт с помощью микроволновой техники всего нагревается до 650 0С и выше. Из выделяющейся газовой смеси отбирается гелий-3. Одновременно с гелием-3 из нагретого грунта выделяется водород и некоторые другие газы. «Отжатый» грунт возвращается назад на поверхность, а завод продолжает свое движение к новому участку. Такой проект завода-автомата позволит сделать доступным топливо, которое можно будет произвести непосредственно в месте дислокации корабля — на Луне или Марсе.
Ланкина В.:
На первых этапах изменения климата планеты займемся формированием атмосферы. Из-за малой гравитации и отсутствия внутреннего тепла атмосфера Марса очень разрежена и не способна удерживать солнечное тепло. Для уплотнения атмосферы и нагревания планеты, можно бомбардировать ее полярные регионы метеорами. Полюса расплавятся, выпустят запасы замороженного углекислорода и воды в атмосферу, тем самым вызвав парниковый эффект.
|
|
|
Также для формирования атмосферы на Марсе можно построить минифабрики, предназначенные для выработки парниковых газов, причем эти газы будут производиться из веществ, имеющихся в почве Марса (ставим макет фабрики на поверхность Марса). Газы, содержащие серу и фтор в 1000 раз эффективнее углекислоты. Эти фабрики будут втягивать марсианский воздух, забирать марсианскую почву и осуществлять химические реакции. В грунте Марса много перхлоратов, следовательно, путем нагревания перхлоратов можно получать кислород, необходимый для формирования атмосферы:
4КСlO3 = 4КСl + 6O2
Парниковые газы будут выделяться в атмосферу. Температура на Марсе начнет повышаться и это приведет к тому, что углекислота, еще один парниковый газ, из почвы начнет испаряться в атмосферу. Атмосферное давление повысится, а значит, повысится и температура.
Одной из задач является обеспечение нормального дыхания астронавтов.
Биотехнологи нашей лаборатории предложили в качестве решения собственный проект – фильтрующие маски, которые смогут преобразовать углекислый газ в кислород.
|
|
|
Основой для маски послужат полимеры, что сделает ее необыкновенно легкой – не больше 100 граммов. При этом защита будет обеспечиваться от солнечного света, аэрозолей, жестоких марсианских ветров. Жизнь на планете потребует от космонавтов много движения, поэтому такая маска станет необходимостью.
Мирошниченко А.:
Следующая наша задача – это обогрев Марса, т. к. одной из проблем, существующих на Марсе является холод. Для обогрева Марса установим сначала специальные зеркала – солнечные паруса, которые бы увеличивали количество солнечного излучения, получаемого планетой (ставят на поверхность Марса солнечные паруса).
Скирда Т.:
Установим на Марсе лабораторию по производству хемобактерий, которые способны вырабатывать метан (или же аммиак). Метан и аммиак способны защищать поверхность планеты от пагубного солнечного излучения.
Введение летучих элементов, аммиака и метана поможет сгустить атмосферу и вызвать потепление. Оба вещества можно добыть на ледяных лунах внешней Солнечной системы — Ганимед, Каллисто, Титан. И тоже доставить на поверхность с помощью метеоритных ударов.
Мирошниченко А.:
После столкновения с поверхностью аммиачный лед сублимирует и распадется на водород и азот — водород провзаимодействует с углекислым газом с образованием воды и графита, а азот выступит буферным газом. Метан между тем сыграет роль парникового газа, который усилит дальнейшее глобальное потепление. Столкновения также поднимут тонны пыли в воздух, которая будет способствовать дальнейшему потеплению.
Со временем обильные запасы марсианского водяного льда — их можно найти не только на полюсах, но и в огромных подземных отложениях вечной мерзлоты, растают, и вода будет находиться на планете в жидком состоянии.
Скирда Т.:
Разворачиваемая в ходе освоения Марса добыча полезных ископаемых (а на Марсе их значительное количество), их переработка, а также развитие энергетики и промышленности также внесет свой вклад в подогрев возникающих атмосферы и гидросферы.
Лариков Д.:
Одновременно с разогревом планеты займемся добычей воды. Вследствие господствующих температур на Марсе запасы воды находятся в твердом состоянии под полярными шапками планеты (показать). Вода на Марсе сможет находиться в жидком состоянии, если атмосферное давление увеличится в 10 раз и температура повысится до нуля градусов Цельсия.
Первый способ получения воды заключается в облучении поверхности Марса микроволнами, которые хорошо поглощаются грунтом. Каменные частицы поглощают микроволны, нагреваются и обращают лед в пар. Затем этот водяной пар конденсируется на охлаждённых пластинах и превращается в воду. Вода собирается в цистерны и используется по назначению. Установим на поверхности Марса генератор микроволн для добычи воды (поставить модель на сферу).
Во-вторых, растопить полярные шапки помогут темные полимерные пленки или сажа, которой мы их покроем. Повышение температуры приведет к тому, что водяной лед начнет таять, при этом в атмосферу попадет водяной пар, ещё один мощный парниковый газ. Атмосфера станет плотной, а небо голубым, т.к. атмосфера начнет рассеивать свет. Лед начнет таять, водяные впадины заполнятся водой (приклеить голубые водяные впадины к Марсу). Испаряющаяся вода будет накапливаться в облаках, пойдут дожди, в более холодных районах и на большой высоте будет идти снег. Такая атмосфера будет удерживать тепло, планета прогреется и будет готова к следующему этапу терраформирования. Осталось насытить атмосферу кислородом.
Ксюша Г.:
Для нужд космонавтов необходима электрическая энергия. Несколько слов о способах её получения в условиях Марса.
1. Солнечная батарея в космосе является практически единственным источником выработки необходимого количества электроэнергии, которую можно получить из солнечных лучей. В космическом пространстве их имеется избыточное количество, поэтому нет никаких проблем для их потребления. Опираясь на эту информацию, можно с уверенностью говорить о том, что для выработки тепловой или электрической энергии на Марсе можно использовать солнечные батареи.
Как работают солнечные батареи? Дело в том, что батарея состоит из полупроводников 2-х типов: p (недостаток электронов) и n (их избыток). Когда обозначенные материалы поглощают фотон, создается возбужденное состояние, которое рассматривается как пара электрон−дырка (экситон). Экситоны распадаются на свободные электрон и дырку и аккумулируются на противоположных электродах благодаря действию эффективного поля, возникающего в области гетероперехода. Говоря простым языком, слой донора имеет свободные электроны, которые, при попадании солнечного света на фотоэлемент, начинают своё движение и переходят на слой акцептора. Здесь как раз и появляется электричество. (про материалы из кейса)
Но стоит сказать, что Марс, как и любая планета, вращается вокруг Солнца и вокруг своей оси. Следовательно, та часть поверхности планеты, на которой будут находиться солнечные батареи, регулярно будет погружаться во тьму, откуда следует невозможность выработки энергии. Для таких случаев нами предлагается ещё один вариант альтернативного источника энергии – ветрогенераторы. Дело в том, что Марсу характерны высокие скорости ветра и даже бури: 2—7 м/с (лето), 5—10 м/с (осень), 17—30 м/с (пылевой шторм). А виды ветровой генерации по показателю мощности делятся на малую, среднюю и большую. Даже малая генерация готова обеспечивать энергией небольшие объекты при скорости ветра 5-7 м/с (до 100 кВтч в сутки), также можно воспользоваться средней ветровой генерацией, так как она осуществляется при скорости ветра 7-11 м/с и вырабатывает до 3000 кВтч в сутки.
Рядинский Н.:
Есть ещё такие альтернативные источники, которые называются РИТЕГи. Несколько слов о них:
Откуда ещё получить электрический ток расскажут и покажут учащиеся начальной школы
Опыты по получению электрического тока
Учащиеся начальной школы о получении электрической энергии из химической, тепловой и световой.
Дата добавления: 2022-11-11; просмотров: 43; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!