Необычный источник энергии фотосинтез

Вид материала

Документы

Содержание Необычный источник энергии - фотосинтез. 1. Экологические проблемы энергетики 2. Альтернативные источники получения энергии 2.1. Использование солнечной энергии через фотосинтез и биомассу 2.2. Что такое фотосинтез? Фотосинтез и урожай Экология фотосинтеза. 4. Социологическое исследование 62% - подростки до 17 лет; 17

Подобный материал:

• Нефёдова Наталья Евгеньевна, учитель математики и информатики Гусак Елена Николаевна., 95.65kb.
• «Нетрадиционные источники энергии как стратегия энергосбережения», 570.28kb.
• Firefly (Светлячок) Адрес сайта фестиваля, 83.93kb.
• "Простите вы нас, родители. Может, мы вас обидели ". Источник: Региональный еженедельник, 176.14kb.
• Рабочей программы дисциплины Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (наименование), 32.41kb.
• Реферат по истории на тему: «новые источники энергии в конце XIX начале XX века», 166.51kb.
• Мотивация профсоюзного членства в современных условиях развития трудовых отношений, 70.57kb.
• Исследовательская работа на тему: «сухие листья как источник тепловой энергии», 27.95kb.
• Лекция 10, 104.13kb.
• Вынужденные электромагнитные колебания, 39.6kb.

Необычный источник энергии - фотосинтез.

Автор работы:

Черкашина Наталья – 11а

Россия, Курская область, г. Курчатов, МОУ «Гимназия №1»,


Научный руководитель:

Ильчук Ирина Анатольевна, учитель физики МОУ «Гимназия №1».

СОДЕРЖАНИЕ.

1.Экологические проблемы энергетики……………………………………………...…….3 – 4

1.1. Некоторые пути решения проблем современной энергетики…………………………4

2. Альтернативные источники получения энергии………………….........…...…………...…4

2.1. Использование солнечной энергии через фотосинтез и биомассу……………...…4 - 5

2.2. Что такое фотосинтез?………………………………………………………….…….5 – 6

2.3. Фотосинтез и урожай……..……………………………………………...……...…….6 - 7

2.4. Экология фотосинтеза……….………………………………………………………..7 - 9

3. Заключение………………………………………………………………................................9

4. Социологическое исследование…………………….......................................................9 - 11

5. Вывод..……………………..…………………………………………………...………….…12

6. Список литературы……………………………………………………..……………….......13

7. Приложения

Необычный источник энергии - фотосинтез.

1. Экологические проблемы энергетики

Экология энергетики - это отрасль производства, которая развивается быстрыми темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12 -15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения.

Нет основания, ожидать, что темпы производства и потребления энергии в ближайшей перспективе существенно изменятся, поэтому важно получить ответы на следующие вопросы:

- какое влияние на биосферу и отдельные ее элементы оказывают основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энергетики и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе;

- можно ли уменьшить отрицательное воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии;

- каковы возможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым.

В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, значит с поступлением продуктов горения в окружающую среду.

1.1. Некоторые пути решения проблем современной энергетики

1. Использование и совершенствование очистных устройств.
   
2. Уменьшение поступления соединений серы в атмосферу посредством предварительного обессеривания (десульфурации) углей и других видов топлива (нефть, газ, горючие сланцы) химическими или физическими методами.
   
3. Большие и реальные возможности уменьшения или стабилизации поступления загрязнений в среду связаны с экономией электроэнергии.
   
4. Не менее значимы возможности экономии энергии в быту и на производстве за счет совершенствования изоляционных свойств зданий.
   
5. Заметно повышается также КПД топлива при его использовании вместо ТЭС на ТЭЦ.
   

2. Альтернативные источники получения энергии


Основные современные источники получения энергии (особенно ископаемое топливо) можно рассматривать в качестве средства решения энергетических проблем на ближайшую перспективу. Это связано с их исчерпанием и неизбежным загрязнением среды. В этой связи важно познакомиться с возможностями использования новых источников энергии, которые позволили бы заменить существующие. К таким источникам относится энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза и других источников. Подробнее рассмотрю такой источник энергии как фотосинтез.

2.1. Использование солнечной энергии через фотосинтез и биомассу

В биомассе концентрируется ежегодно меньше 1% потока солнечной энергии. Однако эта энергия существенно превышает ту, которую получает человек из различных источников в настоящее время, и будет получать в будущем.

В целом же биотопливо можно рассматривать как существенный фактор решения энергетических проблем если не в настоящее время, то в будущем. Основное преимущество этого ресурса - его постоянная и быстрая возобновимость, а при грамотном использовании и неистощимость.

2.2. Что такое фотосинтез?


Фотосинтез - это превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами лучистой энергии солнца в энергию химических связей органических веществ.

Фотосинтез происходит с участием поглощающих свет пигментов. Фотосинтез – единственный биологический процесс, который идет с увеличением свободной энергии и прямо или косвенно обеспечивает доступной химической энергии все земные организмы (кроме хемосинтезирующих). Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется около 150 млрд.т органического вещества, усваивается 300 млрд.т СО2 и выделяется около 200 млрд.т свободного О2. Благодаря фотосинтетической деятельности первых зеленых организмов в первичной атмосфере Земли, появился кислород, возник озоновый экран, создались условия для биологической эволюции.

Фотосинтез, уникальный физико-химический процесс, осуществляемый на Земле всеми зелеными растениями и некоторыми бактериями и обеспечивающий преобразование электромагнитной энергии солнечных лучей в энергию химических связей различных органических соединений. Основа фотосинтеза - последовательная цепь окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых осуществляется перенос электронов от донора - восстановителя к акцептору – окислителю с образованием восстановительных соединений (углеводов) и выделением О2, если окисляется вода.

Следовательно, практически вся живая материя на Земле представляет собой прямой или отдаленный результат фотосинтетической деятель­ности растений, которые являются посредниками между неиссякаемым источником энергии — Солн­цем и всем живым миром нашей планеты.

Существует еще один путь использования человеком солнечной энергии, усвоенной растениями, — непосредственная трансформация световой энергии в электрическую.

Именно способность хлорофилла под действием света отдавать и присоединять электроны лежит в основе работы генераторов, содержащих хлорофилл.

Фотосинтезе - это процесс, в ходе которого из углекислого газа и воды зеленые растения на свету образуют органические вещества и выделяют кислород:

6СО2 + 6Н2О С6Н12О6 + 6О2

Самое интересное из веществ во всем органическом мире. Так назвал хлорофилл великий Чарльз Дарвин, когда наш соотечественник Климент Аркадьевич Тимирязев рассказал ему о своих опытах с этим веществом.

Фотосинтез и урожай

Жизнь современного человека немыслима без культурных растений. Органические вещества, образуемые ими в ходе фотосинтеза, служат основой питания человека, производства лекарств, они нужны для изготовления бумаги, мебели, строительных материалов и т.п.

Каковы же пути управления человеком фотосинтетической деятельностью растений?

Опыты известного отечественного физиолога растений В.Н.Любименко показали, что увеличение количества углекислого газа в атмосфере до 1,5 % приводит к прямо пропорциональному возрастанию интенсивности фотосинтеза.

Таким образом, один из путей повышения продуктивности фотосинтеза — увеличение концентрации углекислого газа в воздухе.

Современный уровень технологии позволяет решить эту задачу в глобальных масштабах. Однако сомнительно, чтобы человек решился на практике осуществить этот проект, т.к. более высокий уровень содержания углекислого газа в воздухе приведет к изменению теплового баланса планеты, к ее перегреву вследствие так называемого «парникового эффекта».

В последние годы в результате интенсивного развития промышленности, автомобильного, железнодорожного и авиационного транспорта наблюдается естественный рост концентрации углекислого газа в атмосфере.

В настоящее время для обогащения почвы и припочвенного воздуха СО2 поля стали поливать водой, насыщенной углекислым газом.

Другой путь преодоления отрицательного влияния низкой концентрации углекислого газа в атмосфере на урожай — распространение таких форм растений, которые очень интенсивно фотосинтезируют даже при ничтожно малом его содержании. Это — С4 — растения. У них рекордные показатели интенсивности фотосинтеза.

Растительность земного шара довольно неэффективно использует солнечную энергию. Повысить эффективность использования солнечной энергии в ходе фотосинтеза можно, расположив растения на оптимальном расстоянии друг от друга.

Экология фотосинтеза.

Интенсивность фотосинтеза зависит в первую очередь от интенсивности и спектрального состава света, концентрации СО2 и О2, температуры, водного режима растения, минерального питания и др. факторов внешней среды. Адаптация фотосинтеза к этим факторам лежит в основе жизнедеятельности растения. В условиях, когда внешние факторы не лимитируют скорость фотосинтеза, его интенсивность достигает максимальной величины и целиком определяется ростовой функцией.

Зависимость скорости фотосинтеза от интенсивности падающего света имеет форму логарифмической кривой. У светолюбивых С3 – растений максимальная скорость фотосинтеза наблюдается при освещении меньше яркого солнечного света. При дальнейшем увеличении интенсивности падающего света кривая скорости фотосинтеза постепенно выходит на плато (насыщение) и затем снижается (так называемое послеполуденное торможение).

У С4 - растений высокая скорость фотосинтеза наблюдается только при высоком уровне освещенности. У них отсутствует послеполуденное торможение фотосинтеза, а световая кривая не имеет насыщения на ярком солнечном свету.

Во второй половине XIX столетия было установлено, что энергия солнечного света усваивается и трансформируется при помощи зеленого пигмента хлорофилла.

На основе проведенных опытов можно сказать что, зеленая окраска хлорофилла определяется наличием в нем атома металла вне зависимости от того, будет ли это магний, медь или цинк.

Современная наука подтвердила правильность взглядов К. А. Тимирязева относительно исключительной важности для фотосинтеза именно красных лучей солнечного спектра. Оказалось, что коэффициент использования красного света в ходе фотосинтеза выше, чем синих лучей, которые также поглощаются хлорофиллом. Красные лучи, по представлениям К. А. Тимирязева, играют основополагающую роль в процессе мироздания и созидания жизни.

Как известно растения поглощают углекислый газ, который присоединяется к пятиуглеродному веществу под названием рибулезодифосфат, где потом он в дальнейшем участвует во многих других реакциях.

Изучение особенностей фотосинтеза у разных растений будет способствовать расширению возможностей человека в управлении их фотосинтетической деятельностью, продуктивностью и урожаем. Фотосинтез - это один из основополагающих процессов жизни, на котором основана большая часть современной растительной фауны на поверхности земли.

3. Заключение

В заключение можно сделать вывод, что современный уровень знаний, а также имеющиеся и находящиеся в стадии разработок технологии дают основание для оптимистических прогнозов: человечеству не грозит тупиковая ситуация ни в отношении исчерпания энергетических ресурсов, ни в плане порождаемых энергетикой экологических проблем. Есть реальные возможности для перехода на альтернативные источники энергии (неисчерпаемые и экологически чистые).

С этих позиций современные методы получения энергии можно рассматривать как своего рода переходные. Вопрос заключается в том, какова продолжительность этого переходного периода и какие имеются возможности для его сокращения.

4. Социологическое исследование

Немногие люди знают о таком источнике энергии как фотосинтез. Для более точного выяснения познаний жителей города о данной проблеме было решено собрать информацию с помощью социологического опроса.

В прикладных социологических исследованиях применяются следующие основные методы: социологическое наблюдение, анализ документов, социологический опрос, социологический эксперимент.

В своей работе я использовала такой метод социологического исследования как опрос.

Опрос – это систематический или разовый сбор информации от опрашиваемых лиц посредством личных контактов или с использованием средств связи, с письменным или устным обращением с вопросами, содержание которых образует проблему исследования.

Мной была составлена анкета и проведён социологический опрос жителей микрорайона гимназии. Анализируя ответы населения нашего города можно сделать следующие выводы:

- о таком источнике энергии как фотосинтез большинство горожан не знают;

- большая часть опрошенных считает, что возможно создание экологически чистого источника энергии.

Для сбора данных была составлена анкета с вопросами, связанными с различными источниками энергии. В ней были использованы открытые вопросы для определения возраста и рода деятельности опрашиваемых. После консультации со школьными социологами анкета приобрела следующий вид:

Анкета

участника опроса

Сведения об участнике опроса:

1. Ф.И.О. (можно не указывать)__________________________________________________

2. Возраст____________________________________________________________________

3. Образование (если учитесь, то где, в каком классе, на каком курсе)__________________

4. Где работаете (вопрос для взрослых)____________________________________________

5. О каких источниках энергии вы знаете?_________________________________________

6. Как вы думаете, можно ли будет использовать энергию фотосинтеза в будущем?______

7. Как вы считаете, можно ли создать экологически чистые источники энергии, если да, то какие?________________________________________________________________________

Общий анализ данных, полученных при анкетировании

В общем анализе были получены следующие данные:

При анкетировании всего было опрошено:

62% - подростки до 17 лет;

17% - люди среднего возраста от 21 до 39 лет;

21% - люди зрелого возраста от 40 лет.

Результаты анализа данных, полученных при анкетировании.

Вопрос №1: «О каких источниках энергии вы знаете?»

Результат можно представить в виде таблицы 1 (приложение 1).

По итогам данного опроса мы видим, что наиболее известные источники энергии - это АЭС, ТЭС и ГЭС. Объясняется это тем, что наибольшее количество энергии вырабатывается на этих станциях.

Альтернативные источники энергии менее известны, т.к. их использование в мире встречается крайне редко. О фотосинтезе же люди практически не знают.

Вопрос №2: «Как вы думаете, можно ли будет использовать энергию фотосинтеза в будущем?»

Результат представлен в виде круговой диаграммы 1(приложение2).

По итогам данного опроса видно, что большая часть опрошенных не знает об этом источнике энергии и не видит перспектив его использования.

Вопрос №3: «Как вы считаете, можно ли создать экологически чистые источники энергии, если да, то какие?»

Результат представлен в виде диаграмм 2,3 (приложение 3).

Из итогам этого опроса следует, что люди понимают необходимость поисков новых экологически чистых источников энергии. Небольшая группа населения знает об использовании энергии солнца, ветра, приливов, отливов и морских течений, а о таких источниках энергии как фотосинтез, энергия геотермальных ресурсов и градиентов температур люди вообще не слышали.


Вывод

Нынешние основные источники энергии (ТЭС, ГЭС, АЭС…) наносят значительный вред окружающей среде, что приводит к образованию озоновых дыр в атмосфере, прогнозам глобального потепления, высокой радиации и другие.

Поэтому нужно искать новые экологически чистые источники энергии, готовые заменить нынешние по мощности. В частности фотосинтез может служить не только новым мощным источником энергии в будущем, но и предотвратить глобальные экологические катастрофы, которые могут привести, например, к парниковому эффекту или таянию ледников (из-за увеличения концентрации СО2 в атмосфере).


Список литературы.


1. Б. Дижур «Зеленая лаборатория» — М.: Детгиз, 1954.

2. Артамонов В. И. «Занимательная физиология растений». – М.: Агропромиздат, 1991

3. Сергеев И. И. «История фотосинтеза». – М.: Наука, 1989

4. Пчелов А. М. «Природа и ее жизнь». – Л.: Жизнь, 1990