Technika z Informatyką w gimnazjum

Temat: Eksploatacja wybranych urządzeń gospodarstwa domowego

Materiały merytoryczno-dydaktyczne dla ucznia                                           informacje dla nauczyciela                            

Przygotowała Ewa Dmowska©                                                                                                       zadania            dla ucznia

Cele:

*   Czytanie informacji dotyczącej parametrów technicznych urządzeń elektrycznych

*   Praktyczne wykorzystanie wzorów fizycznych do badania urządzeń elektrycznych

*   Sposoby oszczędzania energii

*   Wykorzystanie techniki komputerowej na zajęciach Techniki

 

Źródła:

*   Podręcznik – Techika, W. Jędrzejczak, WsiP,  Fizyka – M. Skorko

*   Opakowania, instrukcje

 

Tabela. Moc (max) przykładowych urządzeń (na podstawie informacji sklepowej).

Sprzęt

Firma

Model

Moc [W]

Pralka

Electrolux

EW-1044S

0,90 kWh/24h

Żelazko

Philips

Azur Excel Plus

1950 W

Chłodziarko-zamrażarka

Electrolux

LZZ-ER2920

0,87 kWh/24h

Zmywarka

Whirpool

ZMZ-AGD65556IX

1,24 kWh/24h

Kuchnia elektryczna (380 V)

Amica

KE-C61900

10100 W

Kuchenka mikrofalowa

Whirpool

M542

1250 W

Odkurzacz

Zelmer

Aeroplus

1500 W

Robot kuchenny

Moulinex

Genius

550 W

Czajnik bezprzewodowy

Tefal

Delfina

2020 W

Suszarka

Philips

Compact

1100 W

Żarówka

Philips

Żarówka zwykła

60 W

Żarówka

Philips

Energooszczędna dająca światło jak 60W żarówka

12 W

Telewizor

Panasonic

28” TX28PUO

140 W

 

Moc jest podstawowym parametrem domowych urządzeń elektrycznych

 

Moc oblicza się ze wzorów:

P = I x U                        P = W / t

Gdzie:    P – moc [W]                 I – natężenie [A]           U – napięcie [V]            W – praca [kWh]            t – czas [h]

 

Im większy prąd (I) płynie w odbiorniku, tym większa jest jego moc. Moc zależy także od napięcia (U) czyli różnicy potencjałów. Bez napięcia nie ma prądu, mocy i energii. Dlatego baterie, gniazdka wtykowe nazywa się źródłem napięcia, a nie źródłem prądu czy energii elektrycznej.

 

Z powyższego wzoru łatwo obliczyć, jak duży prąd (natężenie) płynie przewodami do pracujących urządzeń:

 

I = P / U

I jaką wykona pracę:

W = P x t

 

W każdym mieszkaniu instalacja elektryczna składa się z kilku obwodów. Każdy z nich zabezpiecza odpowiedni bezpiecznik, np.:

Odwód świetlny                                   bezpiecznik 10 A

Obwód gniazdowy                               bezpiecznik 16 A

Obwód kuchni elektrycznej                  bezpiecznik 20 A

Odwód zmywarki i termy elektr.            bezpiecznik 25 A

Obwód pralki                                      bezpiecznik 20 A                                                          początek

 

---

Przeanalizuj poniższe ZADANIA wykorzystujące powyższe wzory, pozwalające ocenić pracę i koszty eksploatacji przykładowych urządzeń gospodarstwa domowego:

 

Zadanie 1

Biorąc pod uwagę wykorzystanie max mocy pracujących jednocześnie urządzeń (tab.2), podłączonych do jednego obwodu, np.:

 

*   Odkurzacz                               -           1500 W

*   Żelazko                                    -           1950 W

*   Suszarka                                 -           1100 W

*   Czajnik bezprzewodowy -           -           2020 W

 

*   Razem                                     -           6570 W

 

Zbadaj, czy bezpiecznik 16 amperowy zabezpieczy obwód przed takim obciążeniem.

 

I = P / U = 6570 W / 220 V = 30 A

 

Wniosek: Powstałe obciążenie jest większe niż wartość bezpiecznika. Bezpiecznik 16 amperowy zabezpieczy obwód przed tak dużym prądem – nastąpi wyłączenie bezpiecznika.

 

---

 

Zadanie 2

Zainstalowanie kuchni elektrycznej w mieszkaniu o max mocy 10 kW wymaga doprowadzenia napięcia 380 V. Jakiej wartości bezpiecznik należy zainstalować, aby zabezpieczyć obwód, w którym będzie pracowała taka kuchnia.

 

I = P / U = 10000 W / 380 V = 26 A

 

Wniosek: Należy zastosować bezpiecznik o niższej wartości niż obliczona – np. 20 amperowy, aby zabezpieczyć obwód przed przepływem tak dużego prądu.

 

---

 

Zadanie 3

Obwód świetlny zabezpiecza bezpiecznik 10 A. Oblicz iloma żarówkami 60 W można obciążyć taki obwód.

 

P = I x U = 10 A x  220 V =2200 W

Ilość żarówek  = 2200 W / 60 W = 36

 

Wniosek: Do takiego obwodu można podłączyć 36 żarówek 60 W. Bezpiecznik 10 amperowy w pełni zabezpieczy obwód.

 

---

 

Zadanie 4

Zbadaj, jakie natężenie prądu płynie przez żarówkę 100 W przy napięciu źródła prądu 220 V.  Do badania praktycznego można użyć miernika – amperomierza.

 

I = P / U = 100 W / 220 V = 0,45 A = 450 mA

 

Wniosek: Z wyliczenia wynika, że przez żarówkę płynie prąd 450 miliamperowy. Możliwość obliczenia pozwala uniknąć pomiaru amperomierzem przy niebezpiecznym napięciu 220 V.

 

---

 

Zadanie 5

Oblicz kosz zagotowania 1,5 litra wody w czajniku bezprzewodowym o mocy 2 kW (Tefal - Delfina). Czas pracy wynosi 4 minuty. Koszt 1 kWh – 0,38 zł.

 

4 min = 0,07 h

Praca = 2 kW x 0,07 h = 0,14 kWh                                           0,14 kWh x 0,38 zł/kWh = 0,05 zł

 

Wniosek: Jednorazowe zagotowanie pełnego czajnika wody kosztuje 0,05 zł. Zakładając, że używamy czajnika tylko 3 razy dziennie, miesięczna jego eksploatacja kosztować będzie 4,65 zł.

 

---

 

Zadanie 6

Oblicz miesięczny koszt pracy energooszczędnej chłodziarko-zamrażarki, która zużywa w ciągu doby 0,87 kWh, przyjmując koszt 1 kWh - 0,38 zł. Porównaj wynik z całkowitym miesięcznym kosztem zużycia energii elektrycznej wynoszącym 200 zł.

 

0,87 kWh x 0,38 zł/kWh x 31 = 10,25 zł

 

Wniosek: Przy opłacie za energię elektryczną w wysokości 200 zł miesięcznie, koszt 10,25 zł nie jest pozycją wygórowaną – stanowi 5% kosztów całkowitych. Oszczędności są możliwe dzięki eksploatacji urządzeń energooszczędnych, których przykładem jest omawiana chłodziarko-zamrażarka.

 

---

 

Zadanie 7

Porównaj koszt godzinnej pracy zwykłej żarówki 60 W z żarówką energooszczędną - 12 W, która daje takie samo światło jak żarówka 60 W. Koszt 1 kWh – 0,38 zł.

 

60 W x 1h = 60 Wh = 0,060 kWh                                  0,060 kWh x 0,38 zł/kWh = 0,0228 zł

12 W x 1h = 12 Wh = 0,012 kWh                                  0,012 kWh x 0,38 zł/kWh = 0,0046 zł

0,0228 zł / 0,0046 zł = 5

0,0228 zł – 0,0046 zł = 0,0182 zł ~ 0,02 zł

 

Wniosek: Stosowanie energooszczędnych żarówek pozwala na 5 krotne oszczędności w kosztach za energię elektryczną z tytułu pracy żarówek. Godzinna praca takiej żarówki pozwala zaoszczędzić 2 grosze. Przyjmując, że żarówka pracuje 6 godzin dziennie to oszczędność wyniesie 12 gr., w miesiącu – 3,72 zł. W mieszkaniu pracuje 20 żarówek, wtedy zaoszczędzimy – 74 zł miesięcznie.

 

---

 

Zadanie 8

Żarówka zwykła 60 W kosztuje 1 zł, a odpowiednia energoszczędna 30 zł. Oszczędność z tytułu eksploatacji żarówki energooszczędnej przy godzinnej pracy dziennie wynosi 0,02 zł (patrz wyżej zad.7). Oblicz, po jakim czasie zwróci się koszt żarówki energoszczędnej.

 

Nadpłata z tytułu żarówki energooszczędnej                                           30 zł – 1 zł = 29 zł

Ilość godzin, po których zwróci się koszt żarówki energooszczędnej        29 zł / 0,02 zł = 1450

 

Wniosek: Koszt żarówki energooszczędnej zwróci się po 1450 godzinach jej pracy (=60 dni ciągłej pracy). Żarówki energoszczędne są drogie, ale ich „żywotność” jest o wiele dłuższa niż zwykłych żarówek a dodatkowo zużywają mniej energii elektrycznej.

 

---

 

Zadanie 9

Przeanalizuj koszt godzinnej pracy żyrandola mającego 5 żarówek, kiedy pracują wszystkie z nich, a kiedy tylko część z nich np. dwie. Moc żarówek 60 W. Koszt 1 kWh – 0,38 zł.

 

5 x 60 W x 1h = 300 Wh = 0,30 kWh                 0,30 kWh x 0,38 zł/kWh = 0,1140 zł

2 x 60 W x 1h = 120 Wh = 0,12 kWh                 0,12 kWh x 0,38 zł/kWh = 0,0456 zł

0,1140 zł – 0,0456 zł = 0,07 zł

 

Wniosek: Wykorzystywanie tylko 2 żarówek z 5 pozwoli zaoszczędzić 0,07 zł w ciągu godziny pracy żyrandola. Przy pracy 6 godzinnej – 0,42 zł/ dzień, a w miesiącu – 13,02 zł.

 

---

 

Zadanie 10

Zakładając zużycie energii 600 kWh miesięcznie, w tym 200 kWh w taryfie nocnej, oblicz ile można zaoszczędzić wykorzystując tańszą taryfę. Porównaj koszt przy stosowaniu obu rodzajów licznika.

Używając licznika dwutaryfowego koszt 1 kWh wynosi:

Taryfa „dzienna”           – 0,38 zł

Taryfa „nocna”              – 0,22 zł

 

Koszt przy liczniku jednotaryfowym                    600 kWh x 0,38 zł/kWh = 228 zł

200 kWh x 0,38 zł/kWh = 76 zł

200 kWh x 0,22 zł/kWh = 44 zł

Oszczędność                                                   76 zł – 44 zł = 32 zł

Koszt przy liczniku dwutaryfowym                      228 zł – 32 zł = 196 zł

 

Wniosek: W tym przypadku korzystanie z taryfy nocnej pozwala zaoszczędzić 32 zł.

 

---
---

Zadanie dla ucznia

Po przeanalizowaniu powyższych zadań w dokumencie Mcs.Word:

 

1.                Określ w punktach podstawowe sposoby oszczędzania energii elektrycznej.

Zaproponuj hasło propagujące oszczędzanie energii elektrycznej jako działanie proekologiczne.

Zadbaj o szatę graficzną swojej pisemnej wypowiedzi.

 

2. Samodzielnie rozwiąż zadanie:

Komputer zużywa średnio 300 W. Dziennie pracuje 4 godziny. Koszt dwumiesięcznego okresu rozliczeniowego za energię elektryczną wynosi 400 zł. Oblicz koszt energii elektrycznej z tytułu eksploatacji komputera w danym okresie i zbadaj, jaki to % całości kosztów. Zilustruj to graficznie na wykresie.

Koszt 1 kWh – 0,38 zł. Do obliczeń użyj programu Kalkulator.                                                  zadania

 

---

Informacje dla nauczyciela

Organizacja:

Zajęcia prowadzę w bloku 2-godzinnym – lekcja informacyjna i lekcja praktyczna do realizacji zadania dla ucznia.

Elementy techniczne:

Temat ten realizuję po uprzednim omówieniu: zasad opłat za energię elektryczną, budowie i zasadzie działania podstawowych urządzeń elektrycznych gospodarstwa domowego, analizie informacji umieszczanej na obudowie urządzeń.

Powyższy materiał udostępniam uczniom w formie strony internetowej.

Zwracam uwagę na: korelację z fizyką, praktyczne wykorzystanie wzorów fizycznych do badania pracy urządzeń i rachunek ekonomiczny.

Elementy informatyczne:

Wykorzystanie komputera do pracy z uczniem

Korzystanie ze źródła informacji w formie strony internetowej, praca w sieci

Kopiowanie treści zadania dla ucznia do edytora tekstu, edycja, wstawianie wykresu i zapis dokumentu

Wykorzystanie pr. Kalkulator

Praca w oknach dwóch dokumentów.

Przebieg zajęć:

*   Razem analizujemy zadania, wyjaśniam aspekt merytoryczny obliczeń, możliwość mądrego oszczędzania energii elektrycznej.

*   Pozostawiam uczniom czas na ponowne samodzielne przejrzenie materiału.

*   Uczniowie w zespołach dwuosobowych przystępują do samodzielnej pracy – zadanie dla ucznia. Mogą korzystać z materiałów.

*   Udzielam konsultacji w przypadkach niezrozumienia zadania, naprowadzam, pomagam w pracy z komputerem.

*   Oceniam treść pisemnej wypowiedzi, sposób przedstawienia informacji, prawidłowość rozwiązania zadania obliczeniowego. Uzasadniam ocenę.

Sposób oceny:

Całość – max 5 punktów w zależności od stopnia realizacji zadań:                                                                                 początek

Zadawalająca treść sposobów oszczędzania energii – 2 punkty

Trafność hasła + szata graficzna – 3 punkty

Prawidłowo rozwiązane zadanie obliczeniowe – 4 punkty

Wynik obliczeń poparty wykresem – 5 punktów.