Giải bài tập Chuyên đề Vật Lí 10 Bài 10: Năng lượng tái tạo và một số công nghệ thu năng lượng tái tạo
Giải Chuyên đề Vật Lí 10 trang 72
A/ Câu hỏi đầu bài
Câu hỏi trang 72 Chuyên đề Vật lí 10: Sự phát triển của kinh tế – xã hội đòi hỏi ngày càng nhiều năng lượng, kéo theo sự biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường đang tăng theo. Ngày càng xuất hiện nhiều dự án năng lượng tái tạo. Làm thế nào khai thác được nguồn năng lượng tái tạo thay thế năng lượng hóa thạch?
Lời giải:
– Để khai thác được nguồn năng lượng tái tạo thay thế năng lượng hóa thạch:
+ Xây dựng các nhà máy sản xuất pin mặt trời.
+ Xây dựng các trạm tuabin gió.
+ Xây dựng nhà máy thủy điện.
B/ Câu hỏi giữa bài
I. Năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo
Câu hỏi trang 72 Chuyên đề Vật lí 10: Em hãy kể tên một số dạng nhiên liệu hóa thạch và giải thích tại sao nguồn nhiên liệu này lại là nguồn năng lượng không tái tạo.
Lời giải:
– Một số dạng nhiên liệu hóa thạch:
+ Than đá
+ Dầu mỏ
– Nguồn nhiên liệu này là nguồn năng lượng không thể tái tạo vì chúng không thể được bổ sung, làm lại trong một thời gian ngắn mà phải mất hàng triệu năm mới có thể hình thành.
II. Vai trò của năng lượng tái tạo
III. Các loại năng lượng tái tạo
Giải Chuyên đề Vật Lí 10 trang 73, 74
Câu hỏi trang 73 Chuyên đề Vật lí 10: Hãy tìm hiểu và thảo luận
1. Có những loại năng lượng tái tạo nào? Ưu và nhược điểm của chúng là gì?
2. Làm thế nào thu được năng lượng tái tạo?
Lời giải:
1.
Các loại năng lượng tái tạo:
– Năng lượng Mặt Trời
– Năng lượng nước
– Năng lượng địa nhiệt
– Năng lượng gió
– Năng lượng từ sóng biển, đại dương
– Năng lượng sinh khối
|
Ưu điểm |
Nhược điểm |
|
– Là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, ít gây ô nhiễm. Có nhiều ứng dụng từ nguồn năng lượng này rất hữu ích, giúp tiết kiệm điện năng cho hộ gia đình, doanh nghiệp. – Là nguồn năng lượng không sợ cạn kiệt, có thể sử dụng cho nhiều nhu cầu và vị trí khác nhau. – Chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, độ bền cao hơn nhiều lần. |
– Chi phí đầu tư ban đầu cao. – Hiệu suất hoạt động có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố thời tiết, thiên nhiên. – Rất khó khăn để sản xuất 1 lượng điện lớn. |
2. Để thu được năng lượng tái tạo phải xây dựng các hệ thống, thiết bị phù hợp với từng loại năng lượng:
+ Thu năng lượng gió cần hệ thống có tua bin gió.
+ Thu năng lượng Mặt Trời cần hệ thống có pin mặt trời.
+ Thu năng lượng nước cần hệ thống nhà máy thủy điện.
+ Thu năng lượng sinh khối cần hệ thống phân hủy xác thực vật.
IV. Một số công nghệ cơ bản thu được năng lượng tái tạo
1. Thủy điện
Câu hỏi trang 74 Chuyên đề Vật lí 10: Hãy tìm hiểu một số nhà máy thủy điện ở Việt Nam:
1. Kể tên ba nhà máy thủy điện có công suất lớn. Nhận xét lợi ích các nhà máy thủy điện mang lại và nguy cơ gây mất cân bằng hệ sinh thái do nhà máy thủy điện có thể gây ra.
2. Tại sao các nhà máy thủy điện chủ yếu được xây dựng ở miền núi?
Lời giải:
1.
– 3 nhà máy thủy điện có công suất lớn:
+ Nhà máy thủy điện Sơn La (2400 MW)
+ Nhà máy thủy điện Hòa Bình (1920 MW)
+ Nhà máy thủy điện Lai Châu (1200 MW)
– Lợi ích các nhà máy thủy điện:
+ Không sử dụng năng lượng hóa thạch, sử dụng nguồn năng lượng gần như vô hạn.
+ Tuổi thọ của các nhà máy thủy điện lớn hơn các nhà máy nhiệt điện.
+ Chi phí nhân công để vận hành nhà máy thấp.
– Nguy cơ gây mất cân bằng hệ sinh thái do nhà máy thủy điện có thể gây ra:
+ Thay đổi dòng chảy của nước là nguyên nhân gây nên xói lở bờ sông, nơi canh tác nông nghiệp của người dân.
+ Chất lượng nước vùng hạ lưu bị giảm sút.
+ Người nông dân không có đủ nước cho các hoạt động nông nghiệp.
+ Hệ sinh thái sinh vật dưới nước bị thay đổi.
+ Ở các cửa sông hiện tượng xâm nhập mặn tăng lên.
+ Những thay đổi gây ra các tác động xấu đối với nguồn lợi thủy sản. Một số loài không thể sống sót và sinh kế của các ngư dân bị đe dọa.
2.
Các nhà máy thủy điện chủ yếu được xây dựng ở miền núi vì đây là vùng có địa hình cao, bị cắt xẻ mạnh và có nhiều sông lớn thuận lợi để xây dựng các nhà máy thủy điện.
2. Công nghệ nhiên liệu sinh học
Giải Chuyên đề Vật Lí 10 trang 75
Câu hỏi trang 75 Chuyên đề Vật lí 10: Hãy tìm hiểu và thảo luận công nghệ sản xuất khí sinh học:
1. Chu trình sản xuất khí sinh học như thế nào?
2. Các yêu cầu thiết kế công trình khí sinh học nhỏ như thế nào? Tại sao cần thực hiện các yêu cầu đó?
Lời giải:
1.
Chu trình sản xuất khí sinh học được mô tả như hình vẽ:
– Năng lượng sinh học bắt nguồn từ quá trình chuyển đổi sinh khối, là các chất hữu cơ dễ phân hủy có nguồn gốc từ thực vật, động vật.
– Nhiên liệu sinh học thu được nhờ chuyển hóa sinh khối nhiên liệu ở dạng lỏng hoặc khí.
2.
– Các yêu cầu thiết kế công trình khí sinh học nhỏ
+ Áp suất khí và chiều dày lớp đất lấp trên vòm bể phân huỷ của thiết bị nắp cố định phải được tính toán sao cho vòm bể không bị nứt vỡ khi làm việc.
+ Các bể phải chịu được tải trọng di động bằng 200 kg/m2.
+ Tỉ lệ pha loãng đảm bảo sao cho cơ chất có hàm lượng chất khô là 9 – 10% đối với phân động vật, 20 – 22% đối với thực vật.
+ Thời gian lưu đối với phân động vật đảm bảo không nhỏ hơn giá trị tương ứng với nhiệt độ qui định ở bảng sau:
+ Thời gian lưu đối với nguyên liệu thực vật được qui định là 100 ngày.
– Cần thực hiện các yêu cầu này nhằm đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường.
3. Công nghệ thu năng lượng mặt trời
Giải Chuyên đề Vật Lí 10 trang 76
Câu hỏi 1 trang 76 Chuyên đề Vật lí 10: Hãy tìm hiểu và thảo luận
1. Nhận xét lợi ích các nhà máy này mang lại.
2. Giải thích tại sao phần lớn các dự án điện Mặt Trời ở Việt Nam tập trung nhiều ở miền Trung và miền Nam.
Lời giải:
1. Lợi ích của các nhà máy mang lại:
+ Tận dụng được nguồn năng lượng tái tạo gần như vô hạn.
+ Tiết kiệm nguồn năng lượng không tái tạo.
+ Bảo vệ, thân thiện với môi trường.
2.
Phần lớn các dự án điện Mặt Trời ở Việt Nam tập trung nhiều ở miền Trung và miền Nam vì ở đó có số giờ nắng trung bình 2.000 – 2.600 giờ/năm, cao hơn so với số giờ nắng trung bình ở Miền Bắc (1.500 – 1.700 giờ nắng/năm).
4. Công nghệ thu năng lượng gió
Câu hỏi 2 trang 76 Chuyên đề Vật lí 10: Tìm hiểu một số mô hình cánh quạt tuabin gió và nhận xét ưu điểm, nhược điểm của tuabin gió trục đứng và tuabin gió trục ngang.
Lời giải:
– Một số mô hình cánh quạt tuabin gió:
|
|
Tuabin gió trục đứng |
Tuabin gió trục ngang |
|
Ưu điểm |
– Có thể hoạt động với tốc độ gió thấp và không phụ thuộc vào hướng gió. – Có trọng tâm thấp, ổn định, an toàn, giảm nguy cơ bị lật. – Chiếm diện tích sử dụng nhỏ hơn, có thể đặt ở nhiều nơi. – Tạo ra tiếng ồn nhỏ |
– Hiệu suất cao hơn, tạo ra nhiều điện năng hơn. – Thiết kế truyền thống nên dễ dàng lắp đặt và bảo trì. |
|
Nhược điểm |
– Mất nhiều thời gian để tạo ra điện. – Hiệu suất thấp hơn, tạo ra ít điện năng hơn. – Chi phí lắt đặt ban đầu cao. |
– Tạo ra tiếng ồn lớn. – Phải lắp đặt trên cao để không có vật cản nên dễ bị lật. – Cánh quạt lớn chiếm nhiều diện tích. |
5. Năng lượng đại dương
6. Công nghệ thu năng lượng địa nhiệt
Giải Chuyên đề Vật Lí 10 trang 77
Hoạt động trang 77 Chuyên đề Vật lí 10: Dự án chế tạo hệ thống thu năng lượng tái tạo.Em hãy tìm hiểu chế tạo một máy phát điện gió đơn giản.
* Để thiết kế máy phát điện gió, em hãy tìm hiểu và trả lời các câu hỏi sau:
1. Nguyên lí hoạt động của máy phát điện gió dựa trên hiện tượng gì?
2. So sánh giữa các mô hình cánh quạt tuabin gió về hiệu quả làm quay tuabin máy phát điện.
3. Thiết kế máy phát điện gió như thế nào?
* Để chuẩn bị chế tạo máy phát điện gió cần chuẩn bị những vật liệu sau:
– Một máy phát điện là mô tơ điện một chiều.
– Bộ xử lí hướng gió.
– Pin và hệ thống điều khiển.
– Cánh quạt: khi có gió thổi qua, cánh quạt quay.
– Trụ đỡ: được làm bằng thép hình trụ hoặc ống nhựa.
* Nhiệm vụ: Sử dụng bộ dụng cụ, tìm hiểu máy phát điện, lắp máy phát điện gió sao cho bóng đèn phát sáng.
* Chuẩn bị bài báo cáo gồm các nội dung sau:
– Nguyên lí hoạt động và cách sử dụng sản phẩm.
– Bản phương án thiết kế cuối cùng với những cải tiến.
– Kết quả thử nghiệm sản phẩm.
Lời giải:
1. Nguyên lí hoạt động của máy phát điện gió dựa trên sự truyền và chuyển hóa năng lượng:
– Động năng của gió làm quay tua bin, chuyển hóa động năng đó thành điện năng.
– Tuabin gió được đặt trên trụ cao để đón năng lượng gió giúp tốc độ quay của tuabin nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường. Khi có gió, cánh quạt sẽ quay làm quay tuabin máy phát điện, nhờ đó tạo ra điện năng.
2. So sánh giữa các mô hình cánh quạt tuabin gió về hiệu quả làm quay tuabin máy phát điện.
– Một số mô hình cánh quạt tuabin gió: tuabin gió trục ngang và trục đứng.
– Tuabin gió trục ngang cho hiệu suất lớn hơn so với tuabin gió trục đứng.
3. Sau khi bố trí thiết kế thí nghiệm xong như hình vẽ.
HS tự chuẩn bị báo cáo với các nội dung theo yêu cầu.
Giải Chuyên đề Vật Lí 10 trang 78
Em có thể trang 78 Chuyên đề Vật lí 10: Nói về một số công nghệ thu năng lượng tái tạo và thử chế tạo thiết bị sử dụng năng lượng tái tạo như bếp mặt trời, máy phát điện gió.
Lời giải:
– Công nghệ thu năng lượng tái tạo:
+ Thu năng lượng nhiệt của mặt trời để đun nấu, làm nóng nước để sinh hoạt.
+ Thu động năng của gió để làm quay tuabin máy phát điện.
+ Thu động năng của sóng biển để tạo ra điện năng.
– Một số thiết bị sử dụng năng lượng tái tạo..
+ Bếp năng lượng mặt trời: thiết bị là một gương cầu lõm hoặc thấu kính để hội tụ ánh nắng vào điểm cần đun nấu.
+ Máy nước nóng năng lượng mặt trời.
