Zagadnienia ochrony środowiska w nauczaniu fizyki

W poniższym referacie możemy odnaleźć kilka wskazówek i sugestii opisujących w jakiej sytuacji i dlaczego znalazł się człowiek. Możemy też doszukać się wartości, które powinny być zakorzenione w świadomości społecznej, aby ludzie potrafili wspólnie działać we własnym interesie. Ludzkość może coś osiągnąć jedynie dzięki zbiorowej mądrości. Wpływ otoczenia wymusił niejako na człowieku wypracowanie zdolności racjonalnej orientacji w środowisku. Ta racjonalność jest przejawem szacunku i znajomości praw przyrody.

Dążenie do polepszenia bytu materialnego doprowadza do sukcesywnego przekształcania rzeczywistości. Jest to możliwe dzięki znajomości poszczególnych nauk. Do najważniejszych dziedzin należy tu oczywiście fizyka.

Kolejne postępowania i tworzone obiekty uzależnione były od stanu wiedzy i poziomu rozwoju technicznego. Mamy też wiele dowodów, że wyobraźnia ludzka często wybiegała poza ramy możliwości wykonania tych planów. Wciąż rosnące potrzeby ludzkości „wymuszały” rozwój sieci laboratoriów, fabryk i pozostałej infrastruktury. Ludzie najbardziej świadomi sytuacji zaczęli dostrzegać zagrożenia środowiska płynące z nadmiernej eksploatacji, co prowadzi do zachwiania równowagi biofizycznej.

Aby ta problematyka stała się bliższa przeciętnym uczniom należy dostosować do tego celu programy nauczania. Powinno się rozpocząć od uświadomienia uczniom ważności tak zwanych potocznie „sił przyrody”.

Energia potencjalna sprężystości i ciężkości, zasada zachowania energii mechanicznej. Zwrócenie uwagi, że można doprowadzić do podwyższenia stanu energetycznego układu, a następnie wykorzystać proces zmniejszania energii potencjalnej do uzyskania innych form energii lub wykonania pracy. Zastosowanie tutaj praw przyrody ma miejsce w hydroelektrowniach młynach i tartakach wodnych. Przy budowie dużych hydroelektrowni kierowano się niskimi kosztami wytworzenia energii, nie zatruwaniem środowiska, a także polepszeniem stosunków wodnych rzek. Później okazało się, że zalewanie dużych obszarów powoduje zmiany w mikroklimacie. Zwiększona powierzchnia parowania doprowadza do trwałego obniżania się poziomu rzek i spadku poziomu wód gruntowych. Przeprowadzono analizę podobnego systemu na Nilu. Odkryto w ten sposób wiele cech negatywnych. Najlepszym rozwiązaniem jest budowa tam na rzekach górskich, które mają duży spadek i duży przepływ wody. Jest to układ najmniej szkodzący środowisku.

„Energia nie ginie i nie powstaje sama, z niczego”. Tak można rozpocząć zajęcia dotyczące I i II zasady termodynamiki. Warto zaznaczyć, że energia ulega zachowaniu w każdym procesie. Można wyróżnić procesy w których tempo zmian pewnej formy energii jest duże i niekontrolowane. Należy zwrócić uwagę uczniów, że energia w nowej formie i w dużej ilości może mieć niszczycielskie działanie, czego najlepszym przykładem jest pożar. Ciekawa sytuacja dotyczy też każdego silnika termodynamicznego- nie możliwe jest uzyskanie pracy użytecznej bez zmian w otoczeniu silnika. Zawsze część energii ulega utracie. Przy prawidłowym funkcjonowaniu silnika zmiany nie muszą mieć dużego wpływu na bliskie otoczenie. Przy utracie kontroli nad tym procesem, przy dużych urządzeniach termodynamicznych, skutki mogą być fatalne. Szczególne zagrożenie stanowią produkty tego procesu. Ich toksyczność wymaga często specjalnych działań. Zmiany środowiska w trakcie takiego procesu są ogromne, np: płonące pola naftowe szybów w Kuwejcie.

Efekt cieplarniany powoduje spory wśród naukowców:

· większość za podwyższanie średniej temperatury Ziemi obwiniają wzrastającą zawartość pary wodnej,

· mniejszość uważa, że efekt ten odsuwa zagrożenie nawrotu epoki lodowcowej, widząc w nim pozytywny aspekt.

Obecnie liczba osób pozytywnie myślących o efekcie cieplarnianym maleje, co jest dowodem postępującej edukacji w tym temacie.

Ziemia domem. Jest planetą wyposażoną we wszystkie elementy warunkujące istnienie życia. Jest obiektem nieskończonego Wszechświata. Można powiedzieć, że organizmy tu obecne podlegają samo regeneracji o ile człowiek nie przerwie któregoś z procesów jak oddychanie czy wydalanie.

Bardzo ciekawym tematem jest też oddziaływanie ciał naelektryzowanych. Dzięki wprowadzeniu prawa Culomba do realizacji tego tematu uczniowie łatwiej rozumieją materiał. Dzieje się tak przez wplecenie elementów ekologicznych. Znane nam są zjawiska elektryzowania ze zwykłych czynności domowych, jak korzystanie ze sprzętu AGD. Zjawisko separacji ładunków występuje Przy chodzeniu w obuwiu nie przewodzącym po materiale izolacyjnym, przelewaniu cieczy. można też przytoczyć przykład biosfery, która jest kondensator: okładkami są jonosfera i litosfera. Pomiędzy tymi „okładkami” gromadzą się produkty ludzkiej działalności, co zmienia jego parametry.

Niektóre włókna, zwłaszcza syntetyczne, elektryzują się podczas tarcia. Aby zmniejszyć elektryzowanie tkanin i włosów stosuje się płyny elektrostatyczne. U niektórych osób występuje z tym związana alergia skóry, dlatego zmuszone one są do noszenia odzieży z włókien naturalnych.

Jonizacja jest też wywoływana przez telewizor. Paprotka stojąca w pobliżu odbiornika wychwytuje te jony. Dlatego warto hodować tego typu rośliny w pomieszczeniu, gdzie stoi telewizor i w miarę możliwości spać gdzie indziej.

W zakładach włókienniczych tkaniny syntetyczne upodabnia się do wielkiego kondensatora o znacznej pojemności elektrycznej- poprzez zawijanie w bele i układanie warstwami. Kontakt z takim sosem grozi silnym wstrząsem, spowodowanym wyładowaniem elektrycznym. Aby zapobiec takim sytuacjom stosuje się związki zmniejszające duży opór elektryczny tkaniny i skutecznie odprowadzające ładunek powierzchniowy. Ozon- wydziela się podczas elektryzowania ciał, czemu towarzyszą wyładowania iskrowe. Powoduje to złe samopoczucie, bóle głowy, senność. W atmosferze o średnim ciśnieniu i składzie jest zawsze obecna pewna ilość cząstek gazów zjonizowanych, które nie mają wpływu na samopoczucie ludzi. W warsztatach, gdzie są rozgrzane powierzchnie, występuje zbyt duża ilość jonów dodatnich, które powodują:

Przyśpieszenie oddechu, poprzez nadmierne stężenie CO₂ we krwi

Duży wzrost ciśnienia tętniczego krwi

Różne zmiany we krwi: ubytek hemoglobiny i czerwonych ciałek

Równie niebezpieczna jest jonizacja powietrza w wyniku silnych wyładowań elektrycznych, jak łuki elektryczne przy spawaniu. Powstają wtedy pary metali, wydzielają się związki azotowe( NO, NO₂). Przy spawaniu mają miejsce jeszcze dwa zjawiska:

Luminacja- może spowodować porażenie wzroku

Emisja krótkofalowego promieniowania nadfioletowego, co może spowodować ostre zapalenie spojówek(bez okularów ochronnych)

PROMIENIOWANIE

To temat bardzo ważny i nie może zostać pominięty. Dla ludzi najważniejsze jest promieniowanie słoneczne. Jest ono emitowane w wyniku reakcji jądrowych, które mają charakter ciągły i zachodzą we wnętrzu Słońca. Część energii jaka dociera do Ziemi ma postać:

W ciągu ubiegłego stulecia zaobserwowano wzrost ilości CO₂ w atmosferze aż o 11%. „Sprawcami” tego są:

Obecna ilość dwutlenku węgla skutecznie zatrzymuje promieniowanie podczerwone, ale przepuszcza krótkie promieniowanie Słońca, co jest niebezpieczne. Zaobserwowano też zmniejszenie energii promieniowania docierającego do ziemi, co jest wynikiem zanieczyszczenia atmosfery. To dalej powoduje zmiany klimatyczne. Najlepszym tego przykładem jest dziura ozonowa (przenikanie zbyt dużych ilości szkodliwego promieniowania ultrafioletowego). Przenikanie do atmosfery freonu

Produkcja tego gazu przekracza 1milion ton rocznie. Z racji, że gaz ten posiada cenne cechy (nietoksyczność, niepalność, niewybuchowość, łatwość w przenoszeniu ciepła) powoduje jego zastosowanie we wszystkich gałęziach przemysłu. Większość państw podpisała już deklarację o ograniczeniu emisji freonu do atmosfery.

Pewien zakres promieniowania podczerwonego, jest pochłaniany przez parę wodną i dwutlenek węgla, jest nieprzeźroczysty przez co stanowi płaszcz ochronny Ziemi (chroni planetę przed zbytnim wychłodzeniem). Promieniowanie to jest wykorzystywane w fizyce i chemii do uzyskiwania informacji o budowie cząsteczek, w medycynie do fizykoterapii, w technice do ogrzewania i obserwacji obiektów cieplejszych od otoczenia, w fotografii w bliskiej podczerwieni do diagnostyki układu krążenia, a w kryminalistyce do wykrywania fałszywych dokumentów. A poza tym: ułatwia fotografowanie przez mgłę i dym (zdjęcia satelitarne), pozwala sprawdzić izolacyjność materiałów budowlanych (okien), jest podstawą do opracowywania nowych technologii materiałów budowlanych (unikanie strat energii). Zastosowanie powyższych metod pozwala nam na określenie ich ekologicznymi, ponieważ wykorzystują one naturalne bogactwa nie degradując innych.

Promieniowanie ultrafioletowe przez oddziaływanie na materię nieożywioną wywołuje np. luminescencję. Wykazuje też aktywność biologiczną- zabija bakterie i drobnoustroje. Dzięki temu jest wykorzystywane do sterylizacji pomieszczeń w przemyśle żywnościowym i farmaceutycznym, pomieszczeń lekarskich, sal zabiegowych i operacyjnych. Okazuje się także pomocne przy badaniach takich jak: blaknięcie tkanin, farb, papierów, potwierdzanie autentyczności dokumentów. Stosowane także przy solariach , ponieważ wywołuje opaleniznę skóry. Niekontrolowany kontakt z oczami może wywołać poparzenia i porażenia nerwu wzrokowego. Stwierdzono, że szyby nie przepuszczają tego typu promieniowania, przez co zabezpieczają skórę i oczy.

Podsumowując ten temat należy zwrócić uwagę na pozytywne i negatywne efekty obecności tych rodzajów promieniowań w naszym życiu.

Atmosfera jest bardzo złożona każda najmniejsza różnica w emisji gazów jest niebezpieczna. Do najgroźniejszych gazów należą:

jego zawartość w atmosferze zwiększyła się dwukrotnie na skutek spalania węgla i produktów ropy naftowej. Dalszy wzrost CO2 grozi poważnymi następstwami ekologicznymi, głównie wskutek podniesienia się średniej temperatury atmosfery;

jest gazem trującym, powoduje także zaburzenia w górnych warstwach atmosfery; powstaje w zakładach przemysłowych i przy pracy silników spalinowych;

szkodliwy dla ludzi, zwierzą i roślin; przenika do otoczenia z zakładów przemysłowych;

wywołują schorzenia dróg oddechowych i serca; ich nadmiar w wodzie niszczy życie organiczne; emitowany z zakładów chemicznych i silników spalinowych;

powoduje powstanie nowotworów i zmian genetycznych; źródłem są eksplozje nuklearne, elektrownie atomowe, przetwórnie surowców promieniotwórczych;

gazy naturalne i w naturalnych ilościach są niezbędne, ale gdy ta równowaga zostanie zachwiana przyroda „nie radzi sobie”. Takie gazy jak chloro- fluoro- karbon wywołują liczne zakłócenia w atmosferze. Warto też omówić niekonwencjonalne źródła energii jak: baterie słoneczne, wiatraki, młyny wodne. Przykładem też może być zmiana gęstości wody przy zamarzaniu. Zmniejszenie tej wartości podczas krzepnięcia może wytworzyć ciśnienie do 100 tys. atmosfer!

Woda nie występuje w przyrodzie w postaci czystej chemicznie, ponieważ jest doskonałym rozpuszczalnikiem, a co za tym idzie zawiera tysiące cząsteczek. Czysta woda, której używamy na co dzień jest wodnym roztworem różnych substancji. Może zawierać rozpuszczone sole o właściwościach leczniczych lub gazy biologiczne np. CO₂ ,H₂S, radon a czasem związku bromu, fluoru, jodu. Polska jest krajem bogatym w złoża mineralne jak solanki, wody z siarkowodorem, wody radoczynne. Procesy zachodzące w przyrodzie takie jak destylacja, nie dają wody czystej chemicznie (parowanie-skraplanie). W skutek reakcji z CO₂ i tlenkami azotu woda staje się kwaśna, a ponadto zawiera także pyły, a w okolicach morskich sól. Woda to 60% naszych organizmów. W środowisku wodnym zachodzi większość procesów związanych z życiem. Ludzki organizm traci ok. 2 litry wody dziennie, a uzupełniamy to nieświadomie przez pożywienie i picie. Większość zanieczyszczeń pochodzi z przemysłu: fabryk chemicznych, kopalń soli i węgla i ścieków miejskich. Do wód powierzchniowych przedostają się znaczne ilości nawozów fosforowych i azotowych wypłukiwanych z gleby, powoduje to zaburzenie równowagi ekologicznej. Tak stało się z Jeziorem Bodeńskim. Nastąpił tam gwałtowny wzrost i rozprzestrzenienie się glonów oraz roślin wodnych. Powoduje to spadek zawartości tlenu w wodzie, aż do jego całkowitego zaniku, co powoduje zamieranie życia- np. Jezioro Eire w USA.

powodują ciężkie schorzenia; pochodzą z odpadów przemysłowych, mają podobne właściwości do związków ołowiu;

może niszczyć życie na wielkich obszarach wód; zanieczyszcza podczas przerobu, transportu i po katastrofach tankowców;

zatruwają ryby, niszczą owady, wywołują choroby nowotworowe; przedostają się do wód z pól uprawnych;

Jest to zaledwie kilka tematów jakie można poruszyć przy omawianiu aspektów ekologicznych na zajęciach z fizyki i AKP. Tematykę można w dowolnym kierunku poszerzać. Materiał może zostać wzbogacony przez filmy, zdjęcia a także wycieczki do np. oczyszczalni ścieków. Jest wiele możliwości aby ułatwić przyswojenie materiału uczniom. Najważniejsze jest jednak aby uczulić młodzież na problematykę ekologiczną, która w dzisiejszych czasach stanowi poważny aspekt życia codziennego. To od młodych ludzi zależy jak będzie wyglądała w przyszłości nasza planeta i warto im to uświadamiać chociażby na lekcjach fizyki.