Školní fyzika v environmentálním kontextu Jindřiška Svobodová Katedra fyziky PdF MU v Brně

Environmentální koncept vzdělávání UNESCO (tzv. 4 pilíře http://www.unesco.org/delors/fourpil.htm,) Pochybnosti se týkají schopnosti vědy kontrolovat důsledky, rizika a produkty její práce. Objevují se požadavky přehodnotit roli expertů ve společnosti. Zvýrazňují se intervenční aspekty vědy. Jen stěží lze vědu nadále vydávat za nevinný výlet popisující a vysvětlující objektivní realitu.

Environmentální koncept vzdělávání UNESCO: učit se poznávat, tzn. osvojovat si nástroje chápání světa a rozvíjet dovednosti k učení se; učit se jednat, tzn. naučit se tvořivě zasahovat do svého životního (přírodního i společenského) prostředí; učit se být, tzn. porozumět vlastní osobnosti a jejímu utváření v souladu s morálními hodnotami; učit se žít s ostatními, tzn.umět spolupracovat s ostatními, a moci se tak podílet na životě společnosti, nalézt v ní své místo. odpovídají zhruba klíčovým kompetencím: Měli bychom vnímat i způsob, jakým rozumíme tomu, co děláme, a jak o tom mluvíme, jak se to pak v praxi pozměňuje. Při řešení ekologického sporu si Aktéři navzájem připisují motivy jednání a všechny tyto motivy jednání je třeba brát v úvahu Postoje a jednání jsou výsledkem více logik, opak by byl pozoruhodnou výjimkou. Např. Všem stranám sporu jde o přírodu. A zároveň: Aktivisty může uspokojovat pořádání blokády. Vědce zajímá “přírodní laboratoř”, protože bez experimentu není věda, nelze publikovat články. Hnutí Duha potřebuje ke své existenci ekologické kauzy. Novináři se živí a baví atraktivními polemikami. Příroda má uspokojit turisty a vyjít s místním obyvatelstvem… Kdo a jak to bude učit ?

Antropocén – žijeme v pětihorách ? Hlavní potíže Žijeme v období, kdy se přírodní transport látek stává menším než látkové toky provozované lidmi. Jak moc přírodních zdrojů je možné spotřebovávat, aniž se sníží schopnost přírody poskytovat lidem své služby v dostatečné míře a kvalitě? To však není dobře známo. Využívání zdrojů udržitelným způsobem je klíčové. Dnešní uvolňování fosil.paliv je milionkrát rychlejší než jejich ukládání , největší změnu představuje těžba uhlovodíků na rozdíl od jiných surovin neskončí jen jinde na zemi, ale v ovzduší. Od počátku třetihor se atmosféra tak rychle neměnila CO2 přibylo více než o třetinu, metanu je 3x více. Země do Vesmíru uvolňuje asi o 3W na m2 jejího povrchu méně než dostává od Slunce. 3W je aspoň 10x více než činí výkyvy ve slunečním příkonu, které způsobily teplá a chladná období v uplynulém tisíciletí… Jsme v přechodu na nový rovnovážný stav, kdy se Země oteplí natolik, že i při více izolujícím ovzduší bude do Vesmíru odcházet tolik tepla jako Země dostává od Slunce. Antropocén – žijeme v pětihorách ?

Hlavní potíže s přírodou - témata Globální problémy / OSN Stockholm 1972, kráceno /: globální problémy spojené s atmosférou: zvýšený skleníkový efekt narušení ozonové vrstvy znečištění ovzduší – kyselé deště, prach nadměrné čerpání NOZE i OZE (voda, půda); poškození půdy, eroze půdy, globální ohrožení biodiverzity - genetické základny nebezpečné odpady Vše souvisí se vším – vnitřně propojeno Již v roce 1953 vydala ČSAV o tom publikaci

100-year linear trend of 0.74 oC for 1906-2005 Za posledních sto let se Země oteplila o 100-year linear trend of 0.74 [0.56 to 0.92] oC for 1906-2005 Koncentrace CO2 vzrostla docela výrazně, prakticky o 30 %. Jistě uznáte, že se dá spočítat, kolik se spotřebuje ročně uhlí, ropy a plynu, z toho se dá spočítat množství CO2 a budete se hodně divit, toto číslo krásně odpovídá přírůstku v atmosféře. Tedy respektive ten přírůstek je o něco menší, protože část toho CO2 se uloží do biomasy a mořské vody.

EV a fyzika ? - toky energie, koloběhy látek, vědecké metody, ZŠ fyzika poskytuje nástroje, jimiž lze analyzovat lidské činnosti z envi-hlediska. Je dobré se nezaměřit jen na obecné problémy, ale na náš konkrétní životní styl. Úkolem není učit o povaze enviro-problémů a jejich důsledcích, ale o tom, jak funguje život a o tom, jak a proč musíme učinit změny ve svém vlastním životním stylu. Konkrétní rovina učitele Environmentální (ekologická) výchova Veškeré výchovné, vzdělávací a osvětové úsilí směřující ke zvyšování spoluodpovědnosti lidí za stav přírody a životního prostředí; rozvíjení citlivosti a vstřícnosti lidí k řešení problémů životního prostředí a pro jejich předcházení; utváření ekologicky příznivých hodnotových orientací zdůrazňující nemateriální hodnoty života. Ukazovat metody vědecké práce, aby vůbec běžní lidé chápali principy kritického myšlení a vědecké práce. Zelená sbírka námětů pro školní praxi …

Název: Vliv soli na teplotu bodu varu vody HYPOTÉZA Přidání soli do vody způsobí, že voda bude vřít při vyšší teplotě Postup: předplánujeme v dialogu s dětmi Zápis měření: 25.2.2005, Matěj, množství destil.vody 400ml, teploměr do 150° C, odměrka, sůl Teplota varu destilované vody (kontrolní) 100,5° C Teplota varu vody po přidání soli 0 lžíce 100,5° C 2 lžíce 102° C 3 lžíce 103,5° C Záznam průběhu Po přidání soli do vařící vody, voda začala více bublat a přestala chvíli vřít. Krátce na to opět se dostala do varu. Výsledky: Tabulka, graf Závěr: Je hypotéza pravdivá? Ano, z hlediska tohoto měření se ukazuje, že přidáním soli voda vře při vyšší teplotě.. Otázky učitele: Co ještě je třeba k ověření? Proč bylo lépe sůl vkládat až do vroucí vody?

Ukázka 2 - Metoda slepého pokusu Užívá pro vyloučení subjektivní faktoru osob, které se zúčastňují pokusu. Název: Čaj pro všechny HYPOTÉZA Lze chuťově rozlišit dva stejné nálevy čaje, které se lišit pouze tím, že jeden zalijete vodou o 90°C a druhý 100°C. Žáci připraví podle návodu čajové nálevy téhož druhu čaje do odlišných konviček za stejných podmínek jen jedni čaj zalijí vodou o nižší teplotě. Pověřená osoba utajeně označí oba zkoumané typy čaje, přelije je do jiných nádob např.termosek. Připraví se tabulka, do které žáci zaznamenají subjektivní vjemy nejlépe nezúčastněného okolí, zda se a jak liší čaj A a B. Vezme se skupina lidí např.se stejnou nemocí. Náhodně se rozdělí na dvě poloviny, z nich jedna se léčí a u druhé se léčení simuluje. Člověk, který vyhodnocuje výsledky, nesmí vědět, kdo byl a kdo nebyl léčen. Tak se dá dopracovat ke statisticky hodnověrnému výsledku.

Jaký výkon má mít FV elektrárna, aby šetřila 60t emisí CO2 ročně? Příklad – ukázka 1 Jaký výkon má mít FV elektrárna, aby šetřila 60t emisí CO2 ročně? Úvahy: lze na otázku jednoznačně odpovědět bez dalších údajů? Na čem všem to bude záviset ? - na tom, jakou elektrárnu FV články vlastně nahrazují Pokud takovou, která je bez emisí, neušetříme nic - na době slunečního svitu, který je k dispozici rozdíly v jsou celkem významné v ČR dopadá denně v průměru 3,2kWh/m2 tedy asi 1,1MWh ročně solárního záření . - na účinnosti a poloze fotovoltaických článků FV články z amorfního Si mají účinnost do 8% z krystalického Si 17%. - na rozměrech a špičkovém výkonu dodaného zařízení

Tedy předpokládejme: Klima ČR, křemíkové FV, náhrada uhelné elektrárny =energetické hnědé uhlí 20MJkg-1 FV elektrárna s články z krystalického křemíku umístěná v ČR získá za rok přibližně 0,2MWh lze si to nechat online spočítat http://re.jrc.cec.eu.int/pvgis/pvestframe.php?en&europe

Takový systém FV, který ušetří 60tun CO2 stojí kolem 18milionů korun Dojdeme k přibližným výsledkům: 60 tun CO2 obsahuje 16,6 tun uhlíku 12C 60 * 12/44=16,6 Hnědé uhlí má obsah uhlíku přibližně 50% tj. na produkci 60 tun CO2 jej spálíme 33 tun. Výhřevnost uhlí je přibližně 15 MJ/kg a účinnost přeměny energie uhlí na elektřinu je přibližně 40%. Ze zmíněných 33 tun uhlí získáme 198 GJ= 55MWh elektřiny Na získání 55 MWh/ročně potřebujeme v ČR kolektor o ploše : 1m2 FV kolektoru….180kWh ročně v ČR X m2 FV ……..55000kWh -> 305m2 Tedy 1t CO2 …..300 000Kč Takový systém FV, který ušetří 60tun CO2 stojí kolem 18milionů korun

Způsoby podpory OZE ? úvahy nad energetickou koncepcí Stavím RD a to tak, že oproti běžnému domu ušetřím na topení ročně 2000m3 zemního plynu při navýšení investic o 150 tisíc Kč (na jakoukoli dotaci od státu nemám nárok). Z tohoto množství zemního plynu lze ročně vyrobit asi 10 000 kWh elektřiny. Úspora - 10000kWh Topíme-li uhlím 20MJkg-1 v kotli s 80% učinností 0,8.20/3,6 = 4.4 kWh kg-1 tedy roční úspora představuje 10000/4.4=2273 kg uhli Z 1kg uhlí je asi 3kg CO2 Tedy ušetřené emise CO2 činí 6819kg - 7tun Tedy 8 dobře izolovaných rodinných domků ušetří stejně emisí jako jeden FV systém Tedy 8 dobře izolovaných rodinných domků ušetří stejně jako

Postavím FV elektrárnu o stejném ročním výkonu 10 000 kWh za zhruba 1,6 milionů Kč, dostanu od státu ročně na zelených bonusech kolem 126 000 Kč, postavím-li větrnou elektrárnu dostanu na zelených bonusech 20 000 Kč. Rozdílná dotace je nastavena tak, aby se vyrovnala návratnost investičně různě náročných obnovitelných zdrojů. Jinými slovy, čím neefektivnější obnovitelný zdroj, tím vyšší dotaci získá. Může velmi dobře přihodit, že se objeví spousta investorů do slunečních elektráren a stát jim bude muset vyplácet zelené bonusy či draze vykupovat vyrobenou elektřinu po dobu 10 let, aniž by za tuto dobu elektrárny přispěly do celkové energetické bilance jedinou kilowatthodinou. Vyznamenání Nulovou dotací 1.místo úspory

OZE pracuje za vás http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=2815&z=2

Ukázka 3 Analýza textu z novin Ledvickou uhelnou elektrárnu čeká inovace 29.8.06 Dva ze tří 110MW bloků s účinností 37% v elektrárně Ledvice nahradí do roku 2012 jeden moderní o výkonu 660 megawattů. Jeho hrubá účinnost se přiblíží 47 %, díky čemuž se spotřeba paliva i emise skleníkového plynu CO2 sníží o plnou čtvrtinu. Spalovat se v něm bude hnědé uhlí z Dolu Bílina o výhřevnosti 12 MJ/kg. Nový blok bude stejně jako dosluhující dodávat také teplo do okolních obcí a měst.   Na výstavbu moderního zařízení vynaloží elektrárenská společnost ČEZ 26 miliard korun. Podobná rekonstrukce se připravuje také v elektrárně Počerady. Na výstavbu moderního zařízení vynaloží elektrárenská společnost ČEZ 26 miliard korun. Podobná rekonstrukce se připravuje také v elektrárně Počerady (Zdroj – ČEZ, a.s.)

Otázky:   Kolik bude od roku 2012 činit elektrický výkon elektrárny Ledvice? /660+110=770MWe/ Kolik uhlí spotřebovala dosud denně při plném výkonu? Instalovaný el.výkon naší uhelné elektrárny je 330MW, při účinnosti 37, energie dodaná za 1 den:  

Po modernizaci spotřebuje tato uhelná elektrárna dvojnásobek paliva. ·      Kolik uhlí spotřebuje po modernizaci? Po modernizaci spotřebuje tato uhelná elektrárna dvojnásobek paliva.   Dojde modernizací Ledvic skutečně k omezení vypouštění CO2 do ovzduší, jak slibuje nadpis?  Nedojde, emise CO2 se díky zvýšení výkonu zvýší asi o 52%.   O kolik procent se zvýší její výkon? 330MW….. ..100 770MW………x takže 100 .770/330=233 výkon se zvýší o 133 a množství paliva jen o 52 .

NEDÝCHAT Článek z několika významných českých deníků Citace: (kráceno) Ukázka 4 - diskuse NEDÝCHAT Článek z několika významných českých deníků Citace: (kráceno) K diskusi o GW přináší média zastrašující argumenty. Přesto v našem národě vítězí zdravý pohled. Za hlavního viníka z celého souboru skleníkových plynů se vždy uvádí pouze oxid uhličitý, což mnoho vědců nepovažuje za správné. CO2 je vydechován do ovzduší člověkem a zvířaty, a to rozhodně ne v zanedbatelné míře. Možno konstatovat, že 10 milionů občanů ČR vydechne ročně do ovzduší 117 milionů tun tohoto plynu. Jenom pro představu: je to kolem desetiny vypouštěných exhalací z naší dopravy. V souvislosti se zpřísňováním limitů Evropské unie pro oxid uhličitý z aut, je uvedená hodnota v každém případě poučná. Rozhodně udivuje, proč někteří radikálové Evropské unie se nyní zaměřují právě na tento plyn. MFDnes, Právo únor 2007 Exhalace ---blabla Aby mohli občané ČR vydýchat tolik CO2, kolik píšete, musel by každý z nás sníst denně tolik potravin, aby v nich bylo obsaženo 10kg uhlíku. Uberte. A uberte hodně. Nejméně tak dva řády. Autor splácal dohromady krátkodobý cyklus uhlíku (dýchání lidí) s dlouhodobými deponiemi uhlíku v hloubkách zemské kůry a jejich urychleným návratem zpět do atmosféry Díky fotosyntéze se z atmosféry Země ročně odčerpá přibližně 100 miliard tun uhlíku. Dýcháním živých organismů (včetně člověka) se do atmosféry ročně vrací zhruba také oněch 100 miliard tun. Spalováním fosilních paliv se do atmosféry přidává jen "pouhých" 5 miliard tun uhlíku ročně. Těch 5 % navíc, to je přece směšné číslo, viďte? To se skoro ani nepozná. Akorát se nesmíte ptát, co to udělá s celkovým množstvím atmosférického uhlíku za takových 20 let... Současný růst obsahu CO2 a metanu v atmosféře je něco zcela mimořádného v posledních 600 tísících letech. Příčiny nelze hledat v přírodních cyklech, protože přírodní cykly žádnou mimořádnou změnu v posledních 200 letech neprodělaly. Jediné, co v posledních 200 letech prodělalo změnu, je činnost člověka, tj. průmyslová revoluce. A právě průmyslová činnost lidstva nabourala rovnováhu v bilanci koloběhu metanu a CO2 Autor je doktor přírodních věd se zaměřením na životní prostředí

ARGUMENT 1 Strávením potravin jen vracíme do vzduchu CO2, který byl dříve rostlinami ze vzduchu odebrán, tedy dýcháním nenavyšujeme jeho množství v atmosféře – pouze jsme jeden z článků jeho přirozeného koloběhu. Proto je také spalování biopaliv považováno za proces s nulovou produkcí kysličníku uhličitého. Dýcháním do vzduchu vypouštíme CO2, který vznikl v  těle oxidací potravin. Potraviny však byly vypěstovány na polích z  CO2 obsaženém ve vzduchu.

C+O2—>CO2 12+2.16—>44 a 44/12 je 3.6 Dále je záhadou, jak mohl pan XY přijít k údaji, že 107 občanů ČR ročně produkuje dýcháním 117 miliónů tun CO2, tedy 11,7 t na hlavu a rok. Ze statistik -- celk. produkce CO2(zahrnující průmysl, dopravu, vytápění…) je v ČR 12,5 tuny na hlavu a rok. Že by tedy lidské plíce zvládly vyrobit téměř 94% naší celkové produkce CO2? ARGUMENT 2 Člověk přijímá denně v potravě asi 0,3 kg uhlíku, jehož oxidací11 vznikne kolem 1 kg oxidu uhličitého. Ročně ho tedy občané ČR mohou vydechnout maximálně 4 milióny tun CO2, tedy aspoň 30krát méně než je klíčový údaj uváděný v glose.   C+O2—>CO2 12+2.16—>44 a 44/12 je 3.6

Občanská fyzika Lepší budovy – pasivní domy --- standard budov Přírodní materiály a nové technologie Aktivní solární systémy s vysokou účinností Úsporné spotřebiče Světlo (jedovaté v noci) Úprava vody Osvěta

Závěr Ekostopa - hra o Zemi Projekt EnviWIKI http://www.czp.cuni.cz/enviwiki/

ODKAZY http://amper.ped.muni.cz/jenik/vyuka/fss/PHYJ_2006.htm FV na Pdf http://www.ped.muni.cz/wsolar/ http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=2815 GW http://www.ipcc.ch/present/presentations.htm http://amper.ped.muni.cz/gw/clanky/slu_klih.html 2006 http://amper.ped.muni.cz/gw/clanky/poster.all/ http://amper.ped.muni.cz/gw/dirs/gw_bookm.htm http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/faktor4/faktor4.html Faktor 4 http://www.veronica.cz/?id=128 publikace na veronice Budovy http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/proc_skoly/ http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/mu_kampus/ http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/nl_ceeres.htm http://www.hausderzukunft.at/index.htm Hostětín http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/ho_ceeres.htm http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/prednasky/toky_emi.htm Biomasa http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/biomasa/biom_aus.html Kolektory http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/solar/tech_inf.html Světlo http://amper.ped.muni.cz/noc/a_den/noc_a_den.htm http://amper.ped.muni.cz/noc/solarni_panel/ZARIVKA.TXT http://amper.ped.muni.cz/noc/solarni_panel/kalib.txt http://amper.ped.muni.cz/noc/ http://amper.ped.muni.cz/noc/praha/spatne/ipage00061.htm http://ec.europa.eu/environment/climat/campaign/index_cs.htm http://www.mycarbonfootprint.eu/cs/ uhlíková kalkulačka Pokusy: http://astro.sci.muni.cz/pub/hollan/e_papers/pokusy.htm ODKAZY http://amper.ped.muni.cz/jenik/vyuka/fss/PHYJ_2006.htm