استهلاك الأجهزة البيتية للكهرباء

استهلاك الأجهزة البيتية للكهرباء

الموضوعات في المنهج التعليمي:  الطاقة والتفاعل – القدرة والطاقة الكهربائية.

الصلة: العلم والتكنولوجيا من وجهة نظر شخصية واجتماعية.

سؤال1

هدف السؤال: فحص قدرات التلاميذ بما يلي: التعويض في قانون رياضي والقيام بالعمليات الحسابية المطلوبة، المقارنة بين المعطيات، استخلاص معلومات من نص ومن جدول.

علامة كاملة (100%):

اسم الجهاز الذي يستهلك الطاقة الكهربائية       القدرة الكهربائية المسجلة على الجهاز (واط)    معدل عدد الساعات التي يعملها الجهاز في اليوم المعدل الشهري لاستهلاك الطاقة (كيلواط – ساعة)

لمبة توهُّج عادية         75     8       8 * 0.075 * 30 =18

لمبة فلوروسنتت         20     8       8 * 0.02 * 30 = 4.8

ثلاجة   150   5       5 * 0.15 * 30 = 22.5

مُكيِّف  2000 7       7 *2 * 30 = 420

غسالة  2000 1       1 * 2 * 30 =60

علامة جزئية: نعطي علامة 20% لكل معطى صحيح.

بدون علامة: إذا كانت الإجابات غير صحيحة، أو لم يجيبوا بتاتاً.

سؤال 2

هدف السؤال: فحص قدرات التلاميذ على تطبيق المعرفة العلمية.

علامة جزئية (100%): بالطبع وبالتأكيد يجب أن نوصيهم بأن يشتروا ثلاجة جديدة، لكي يوفروا استهلاك الكهرباء وتكاليف التصليحات. عندما نحسب تكاليف استهلاك الكهرباء للثلاجة القديمة مقارنة مع الثلاجة الجديدة سنحصل على فرق بينهما، وسيكون الفرق أكثر من سعر الثلاجة الجديدة.

معلومات للمعلم: تعمل الثلاجة القديمة أثناء اليوم 10 ساعات، القدرة الكهربائية التي تحتاجها هي 2 كيلواط. من هنا فإن استهلاكها للكهرباء خلال اليوم سيكون 20 كيلواط – ساعة، واستهلاكها في الشهر سيكون 600 كيلواط – ساعة، وفي السنة الواحدة 7200 كيلواط – ساعة. فإذا كان سعر الكيلواط الواحد في الساعة هو 0.45 من الشاقل، فإن تكلفة استهلاك الكهرباء للثلاجة القديمة ستكون 3240 شاقلاً. أما تكلفة استهلاك الكهرباء للثلاجة الجديدة التي تعمل فقط 4 ساعات خلال اليوم، هي 1296 ش.ج. في السنة                 (4 *2 * 30 *12 * 0.45). الفرق في التكلفة بين الثلاجتين، هو 1944 ش.ج. للسنة الواحدة. خلال 3 سنوات من لحظة اشتراء الثلاجة الجديدة نغطي سعرها بسبب التوفير في استهلاك الكهرباء.

بدون علامة: إذا كانت الإجابة غير صحيحة، أو لم يجيبوا بتاتاً.

سؤال 3

هدف السؤال: فحص قدرات التلاميذ بما يلي: التعويض في قانون رياضي والقيام بالعمليات الحسابية المطلوبة، المقارنة بين المعطيات، استخلاص معلومات من نص ومن جدول.

علامة كاملة(100%): أ.

         سخان مياه شمسي       سخان مياه كهربائي

سعر السخان مع تركيبه.         2500 ش.ج. تقريباً    1500 ش.ج. تقريباً.

عدد ساعات عمل السخان بواسطة الكهرباء في السنة.   50ساعة         400 ساعة

مدة الزمن التي يعملها السخان قبل تبديله.        15 سنة         15 سنة

مدة الضمان الكامل.     8 سنوات        8 سنوات

مدة الزمن التي يعملها السخان بواسطة الكهرباء أثناء ال 15 سنة.       750 ساعة      400 * 15 = 6000 ساعة

الاستهلاك الكهربائي لسخان المياه خلال 15 سنة.       1500 كيلواط-ساعة    6000 * 2 =12000 كيلواط – ساعة

المبلغ الذي ندفعه مقابل استهلاك الكهرباء لمدة 15 سنة.         675 شاقلاً      12000 * 0.45= 5400 ش.ج.

ب. نرى حسب نتائج الجدول في البند أ، أن تركيب سخان المياه الشمسي سيكون أفضل اقتصادياً من السخان الآخر.  

ج. الاعتبارات الإضافية التي يجب أن نأخذها بعين الإعتبار هي: استخدام طاقة متجددة (استغلال الطاقة الشمسية)، أن نمنع إنتاج الطاقة الكهربائية بواسطة حرق الوقود الآخذة بالنقصان، ولكي نمنع من تلوث البيئة.

علامة جزئية:  نعطي علامة 33% لكل إجابة صحيحة.

بدون علامة: أي إجابة أخرى أو لم يجيبوا بتاتاً.

سؤال 4

هدف السؤال: فحص قدرات التلاميذ على المقارنة بين عوامل مختلفة قد تؤثر على النتيجة.

علامة جزئية (100%):أ.  الإجابات الصحيحة هي: ب،ج،د.  

 ب. التوفير في استهلاك الطاقة الكهربائية سيكون أكثر إذا استعملنا لمبات فلورسنتت.

  ج. التوفير في استهلاك الطاقة الكهربائية سيكون أكثر إذا استعملنا سخان مياه شمسي.

  د. درجة الحرارة في البيوت التي تمَّ إغلاقها جيداً وعزلها عن المحيط؛ لا تتغير بنفس النسبة كالبيت الذي لم يتم عزله عن المحيط، لذلك فإن استهلاك الطاقة الكهربائية في فصلي الشتاء والصيف سيكون قليلاً في البيوت التي تم عزلها. العزل الجيد يمنع من انتقال الحرارة – مثلاً – في البيوت التي بنيت من طين وجدرانها سميكة أو المغارات .

معلومات للمعلم بالنسبة للعبارة ه : لا نستطيع في عالمنا المتقدم والمتحضر أن نعيش بدون ثلاجة ، الغريب في الأمر أن بعض التلاميذ اقترحوا أن نتنازل عن عمل الثلاجة لكي نوفر الطاقة ، وقد حدث ذلك عندما قاموا بفعالية بواسطة معالج البيانات (اكسل) والتي كان هدفها تقليل استهلاك الكهرباء البيتي .

علامة جزئية: نعطي علامة %33 لكل إجابة صحيحة .

بدون علامة: إذا كانت الإجابات غير صحيحة ، أو لم يجيبوا بتاتاً.

سؤال5

هدف السؤال: فحص قدرات التلاميذ على معالجة معطيات عددية ونسبية .

علامة كاملة: نعطي علامة %40 للبند أ ، نعطي علامة %60 للبند ب .  أ.بإمكاننا أن نجد الإجابة الصحيحة بواسطة حسابات مباشرة للطاقة التي يستهلكها فرن الطهي الكهربائي.

1.6 (kw) * 1 (hr) = 1.6 (kw-h)

وأيضاً حسابات مباشرة لكمية الطاقة التي يستهلكها الميكروجال:

0.8 (kw) * 1/6 (hr) = 0.133 (kw-h)

ب. النسبة بين الفرقين هي:

1.6/0.133 =12

بإمكاننا أن نجد الإجابة بواسطة النسبة: بما أن القدرة المطلوبة تقل بضعفين (800 واط مقارنةً مع 1600 واط)، وزمن التسخين المطلوب يقل أيضاً بستة أضعاف (10 دقائق مقابل 60 دقيقة) فإن استهلاك الطاقة الكهربائية سيقل ب12 ضعفاً (6*2).

بدون علامة: إذا كانت الإجابات غير صحيحة، أو لم يجيبوا بتاتاً.

"مداخن الحرارة"

"مداخن الحرارة" أو "ابراج الهواء في الصحراء" هي اسماء لمنظومة تكنولوجية، طورتها  لجنة برئاسة البروفسور دان زسلبسكي من جامعة التخنيون. تستغل هذه المنظومة حركة الرياح لتحولها الى طاقة كهربائية،  تتكون حركة الرياح بطريقة اصطناعية داخل مبنى مغلق يشبه المداخن.

هذه الفكرة ليست بجديدة،  فقد اقترحها سابقا الفيزيائي فليب كرمون في مقال نُشر سنة 1975. في سنة 1976 سجلت شركة لوكهيد في امريكا لصالحها فقط،  حق التصرف بالمنظومة المقترحة كاختراع والتي ستعمل لانتاج رياح اصطناعية.

المداخن التي اقترحت كانت على شكل اسطوانة مفتوحة من الاعلى وعلى ارتفاع اكثر من 1 كيلومتر وبقطر مئات الامتار (انظروا  الى الشكل).

أ‌.        شكل يصف منظومة " مداخن الصحراء".

        

ب‌.      مقطع عرضي يصف المنظومة وعملها. يرتكز عمل المنظومة على استغلال الهواء الجاف والحار الموجود في الصحراء، وليس على الاستغلال المباشر لاشعة الشمس، حيث يقومون برش رذاذ من ماء البحر داخل الهواء الساخن الموجود في فتحة رأس المدخنة، قسم من رذاذ الماء يستوعب الحرارة ثم يتبخر، نتيجة لذلك يبرد الهواء فتكبر كثافته ثم يتحرك الى الاسفل بسرعة 80 كم في الساعة.  يخرج الهواء البارد من اسفل المدخنة عبر فتحات خاصة الى التوربينات التي تحرك المولدات لانتاج الطاقة الكهربائية. من خلال هذه المنظومة   يمكن دمج جهاز اخر لتحلية المياه، وبذلك يمكن الاستفادة من المشروع لتزويد الطاقة ولتحلية مياه البحر. في مشروع تحلية المياه سنستغل  تقريبا %15 من الطاقة الكهربائية الناتجة من مداخن الحرارة، وستنتج كمية مياه تساوي نصف الكمية التي تُنقل عبر المشروع القطري.

سؤال 1

تظهر في الجدول الاتي مراحل العمليات التي تحدث في "مداخن الحرارة"،   اكتبوا  تحولات الطاقة المناسبة.

مراحل العملية  تحولات الطاقة

 رفع المياه عبر المضحات الى اعلى المداخن. 

اشعة الشمس هي المسبب (غير المباشر) لارتفاع درجة حرارة الهواء. 

 الهواء يُسخن المياه،  فلذا يبرد.

 يتحرك الهواء الى الاسفل، وتزداد سرعته.     

 الهواء الخارج عبر الفتحات من اسفل المدخنة، يؤدي الى تشغيل التوربينات.  

التوربينات تشغل المولدات الكهربائية. 

 المولدات تولد الطاقة الكهربائية.       

سؤال 2

الشكل الاتي يصف توزيع الطاقة في "مداخن الحرارة".

اشر الى الجمل الصحيحة من بين الجمل الاتية:

أ‌.        لتشغيل المنظومة (مدخنة الحرارة) نستغل اكثر من %33 من الطاقة الناتجة.

ب‌.      نجاعة المنظومة (مدخنة الحرارة) حوالي %100 .

ج‌.      نسبة الطاقة التي يمكن ان نحولها لطاقة كهربائية صالحة للاستعمال، هي %45.

د‌.       نجاعة المنظومة (مدخنة الحرارة) كجهاز يزود الطاقة للمستهلكين، اصغر من %50.

سؤال 3

لماذا يرتفع الهواء الى اعلى، عندما يكون اسخن من محيطه الموجود على سطح الكرة الارضية؟

ولماذا يتحرك الى اسفل عندما يكون ابرد من محيطه؟

سؤال 4

اشر الى الجمل التي تصف اوجه الشبه بين المشروع المقترح وبين المراوح الهوائية الموجودة في الاماكن المفتوحة لتوليد الطاقة الكهربائية.

أ‌.        حركة الرياح هي مصدر الطاقة الذي يُشغل المنظومتين.

ب‌.      حركة الرياح العمودية والمستقيمة المتجهة نحو التوربينة، تتحول في المنظومتين الى حركة دائرية.

ج‌.      شروط الظروف الطبيعية هي التي ادت الى تحرك الرياح في المنظومتين.

د‌.       تُحرك التوربينة المولّد لانتاج الطاقة الكهربائية في المنظومتين.

ه‌.       كي نشغل المنظومتين، نحتاج الى رياح حارة تتواجد في منطقة صحراوية فقط.

سؤال 5

يقترح باحثون من التخنيون ان تُبنى منظومة " مدخنة الحرارة" على بعد 40 كم شمالي ايلات. وهم يدعون ان  هذه المنظومة سوف تساهم في تطوير المنطقة.

ولكي يشغلوا  هذه المنظومة عليهم  نقل المياه عبر قناة من  البحر الاحمر الى المنظومة، وستُرفع هذه المياه الى اعلى المدخنة بواسطة مضخات.

تصف الجمل الموجودة في الجدول اعتبارات مختلفة (اقتصادية، محيطية (بيئية)، علمية، تكنولوجية وجمالية)،  بالنسبة لامكانية انشاء مدخنة الحرارة.

اشيروا بجانب كل جملة الى الاعتبارات التي تتطرق لها الجمل الموجودة في الجدول.

الجمل  اقتصادي        محيطي (بيئي) علمي تكنولوجي         جمالي

أ. تستطيع المنظومة ان تعمل على مدى 24 ساعة، لتنتج كهرباء وماء لمناطق صحراوية.                                 

ب. ستُنتج المنظومة ما يقارب ال %15 من كمية الكهرباء التي تستهلكها دولة اسرائيل سنوياً.                            

ج. اذا استعملنا المنظومة لتحلية المياه ايضا، ستنتج أثناء العملية كميات كبيرة من الاملاح.                                 

د. سيؤثر تشغيل المنظومة على الرياح الموجودة حولها مباشرة، وسيؤدي ذلك الى تغير حالة الطقس بسبب اشتراك كميات كبيرة من الرياح في العملية.                               

ه. هناك خطر كبير على الطيور المهاجرة من اوروبا الى افريقيا عند مرورها من فوق المداخن الحرارية.                                   

و. المداخن ستكون بمثابة موقع لجذب السياح.                             

سؤال 6

يبلغ ارتفاع المدخنة  " البرج  المقترح"  حوالي كيلو متر واحد،  وكتلته 330000 طن تقريبا. نلفت الانتباه ان ارتفاعا كهذا غير موجود في العالم (أعلى برج في العالم بني على يد الانسان كان ارتفاعه 500م).

اقترح هيثم نموذجا لبناء المنظومة، ثم ادعى ان اضافة نفس النسبة لكل بُعد من ابعاد المنظومة التي يصل ارتفاعها الى 2 م، سيؤدي الى بناء برج يصل ارتفاعه الى أكثر من كيلومتر واحد.

تدعي سوار ان هيثم غير صادق، لانه عندما نكبّر الطول بضعفين،  فإن مقطع المساحة سيكبر بنسبة تربيعية مقارنة مع الطول. اما الوزن (الحجم) فسيكبر بنسبة تكعيبية مقارنة مع الطول،  فنتيجة لذلك سوف ينهار البرج بسبب وزنه الثقيل.

 من منهما الصادق حسب رأيكم؟ اشرحوا.

سؤال 7

هل تؤيدون استثمار موارد لانشاء  "مدخنة الحرارة" في النقب؟ اشرحوا.

دليل لمهمة: "مداخن الحرارة"

الموضوعات في المنهج التعليمي : الطاقة والتفاعل،  أنواع الطاقة وتحولاتها .

الصلة : موارد طبيعية من وجهة نظر اجتماعية ومحيطية (بيئية) .

المصدر : موقع الانترنيت التابع للتخنيون .

www.technion.ac.il/technion/agriculture/cd/sharav.html

سؤال 1

هدف السؤال : فحص قدرات التلاميذ بما يلي : المعرفة العلمية عن انواع

 الطاقة وتحولاتها، والقدرة على تطبيق المعرفة العلمية .

علامة كاملة (100%) : اذا اكملوا الناقص في الجدول كما يلي :

              مراحل العملية                   تحولات الطاقة

رفع المياه عبر المضخات الى اعلى المداخن.   تتحول الطاقة الكهربائية الى طاقة وضع تثاقلية (طاقة الارتفاع).

اشعة الشمس هي المسبب(غير المباشر) لارتفاع درجة حرارة الهواء .  يتم ابتلاع اشعة الشمس، نتيجة لذلك يسخن الهواء.

الهواء يُسخن المياه، فلذا يبرد . تنتقل الطاقة الحرارية من الهواء الى المياه .

يتحرك الهواء الى اسفل وتزداد سرعته .

         تتحول طاقة الوضع التثاقلية الى طاقة حركية .

الهواء الخارج عبر الفتحات من اسفل المدخنه،  يؤدي الى تشغيل التوربينات .  تتحول الطاقة الحركية (الخطية، المستقيمه) للهواء الى طاقة حركية (دورانيه) للتوربينه .

التوربينات تشغل المولّدات الكهربائية . تتحول الطاقة الحركية (الدورانيه) للتوربينه الى طاقة حركية (دورانيه) للمولدات الكهربائية .

المولدات تولّد الطاقة الكهربائية.         تتحول الطاقة الحركية للمولّد الكهربائي الى طاقة كهربائية .

انتبهوا ! هناك حاجة الى هواء حار وجاف،  لكي يكون الهواء الموجود حول المنظومة

مختلفا عن الهواء الذي يبرد في راس البرج .

علامة جزئية : نعطي علامة %15  لكل تحويل صحيح .

بدون علامة : أي اجابة اخرى ، أو لم يجيبوا بتاتا .

سؤال 2

هدف السؤال : فحص قدرات التلاميذ بما يلي : المعرفة العلمية عن حسابات الطاقة

 واستغلالها،  والقدرة على قراءة  معطيات من رسم تخطيطي .

علامة كاملة (100%) : اذا اشاروا الى البنود الاتية : أ ، ج ،  وَ   د .

بند أ : لكي نشغل المنظومة ،  نحتاج الى % 33 من الطاقة التي تنتجها،  اضافة الى ذلك هناك

 فقدان للطاقة ( التي لا تُستغل ) بنسبة %22 ،  لذلك نحتاج الى نسبة طاقة اكثر من %33 من

 الطاقة الناتجة .

بند ج : كمية الطاقة التي يمكن استغلالها من قبل المستهلكين الاخرين،  هي %45 .

بند د : بما ان كمية الطاقة التي يمكن استغلالها من قبل الاخرين،  هي % 45،  فإن نجاعة المنظومة اصغر من %50 .

علامة جزئية : نعطي علامة %33 لكل اجابة صحيحه .

بدون علامة : اذا اشاروا الى اجابات غير صحيحة ، أو لم يجيبوا بتاتا .

سؤال 3

هدف السؤال : فحص  قدرات  التلاميذ بما يلي : المعرفة العلمية عن الكثافة ،

 قوة الجاذبية ، والكتلة،  والقدرة على تطبيق المعرفة العلمية،  وتفسير ظواهر .

علامة كاملة (100% ) : الشرح الذي يتطرق الى التغييرات في الكثافة،  تكون علامتُهُ كاملة .

فيما يلي الشرح الكامل : تعمل قوة جذب الكرة الارضية على الهواء . عندما يسخن الهواء تزداد

 سرعة جزيئاته ويزداد معدل البعد بينها،  نتيجة لذلك ستصغر كثافته اكثر،  وستقل قوة الجذب

 للكرة الارضية التي تعمل عليه،  مما يؤدي الى ارتفاع الهواء الى اعلى .

اما جزيئات الهواء البارد فهي متقاربة اكثر،  وكثافته اعلى،  وهو ينجذب بقوة اكبر الى اتجاه

 الكرة الارضية . الفرق في الكثافة يؤدي الى فرق في الضغط الهوائي بين أيّ مكانين، مما يؤدي الى حركة الهواء وتكوين الرياح . يمكن اعطاء شرح مشابه بواسطة مصطلح الوزن النوعي وهو عبارة عن الوزن لوحدة حجم .

بدون علامه : أي اجابة اخرى،  أو لم يجيبوا بتاتا .

سؤال 4

هدف السؤال : فحص قدرات التلاميذ بما يلي : المعرفة العلمية عن المراوح الهوائية

 (التوربينات الهوائية )،  والقدرة على فهم المقروء،  شرح ظواهر بطريقة علمية،

تطبيق المعرفة العلمية،  واستخلاص المعلومات من الرسمة .

علامة كاملة  (100% ) : اذا اشاروا الى البنود الاتية : أ ، ب وَ د .

علامة جزئية : نعطي علامة % 33 لكل اجابة صحيحة .

بدون علامة : اذا اشاروا الى بنود غير صحيحة ،  أو لم يجيبوا بتاتا .

سؤال 5

هدف السؤال : فحص قدرات التلاميذ بتطبيق المعرفة العلمية وبتفسير الظواهر .

علامة كاملة (100% ) : اذا اكملوا الناقص في الجدول كما يلي :

         اقتصادي        محيطي (بيئي) علمي تكنولوجي         جمالي

 أ            +                  + 

ب           +                  + 

ج           +            +             + 

د                           +                

هـ                         +                     

و            +                           +

علامة جزئية :  نعطي علامة جزئية ،  نسبة لعدد الاجابات الصحيحة الموجودة في الجدول .

بدون علامة : اذا اشاروا الى اجابات غير صحيحة، أو لم يجيبوا بتاتا .

سؤال 6

علامة كاملة (100%) : سوار صادقة بادعائها، لان تغيير ابعاد جسم معين بشكل نسبي ،  قد يؤدي الى مشاكل تكنولوجيه جديده وخاصة عندما يكون التغير كبيرا جدا .

مثال: اذا كبرنا جميع ابعاد العنكبوت ب100 ضعف، فإن اقدامه لا تستطيع ان ترفع وزنه. لصيانة المبنى المقترح في هذه الابعاد، يجب ان نخطط من جديد كل المبنى ولا نعتمد فقط على تكبير ابعاد النموذج بشكل نسبي. يمكن ان نعرض المشكلة بواسطة تجربة مع مكعب من خشب طوله 10 سم، وهو موجود على أعمدة من خشب قطرها 2 ملم وطولها 10 سم.

عندما نكبر ابعاد المكعب والاعمدة ب 100 ضعف، فإن طول ضلع المكعب سيصبح 10 امتار، اما قطر العمود الواحد سيصبح 20 سم وارتفاعه 10 أمتار.

بدون علامة: اذا أجابوا ان رامي هو صادق، أو لم يجيبوا بتاتا.

سؤال 7

هدف السؤال : فحص مواقف التلاميذ بالنسبة للاستثمار في البحث والتطوير باتجاهات جديدة لايجاد مصادر طاقة بديلة . لا تعطى علامات لهذا السؤال .

Segway -العربة الكهربائية الجديدة

العربة الكهربائية Segway غالية الثمن بالنسبة لعامة الناس. السرعة القصوى لها هي 20 كم في الساعة. تُحركها بطاريات قابلة للشحن الكهربائي وبإمكانها أن تحمل حتى وزن 30 كغم. الجهاز مبني من لوحة موصولة بعجلين، يقف السائق على هذه اللوحة ويمسك بين يديه قضيباً يشبه مقود الدراجة العادية.عندما نريد أن نُغيِّر من اتجاه الحركة أو نزيد من سرعتها، فإننا نقوم بتوجيه أجسامنا قليلاً إلى الإتجاه الذي نرغبه، وبعدها تقوم العربة بتوجيه ذاتها بشكل مستقل. كيف يحدث ذلك؟

عندما نحرك أجسامنا أو نغيِّر من  اتجاه حركتنا فإن مكان مركز الثقل يتغير، كذلك الأمر يحدث في العربة الكهربائية.

مدى التغيير في مكان مركز الثقل (إلى الأمام أو إلى الخلف) يحدد سرعة العربة. كلما كان التغيير إلى الأمام كبيراً فإن سرعة العربة تزيد.

إنّ توجيه التغيير في مكان مركز الثقل (يميناً أو يساراً) يحدد اتجاه الحركة.

سؤال 1

   في المسار المستوي الموجود أمامكم، حيث ينطلق من النقطة Segway يسافر أيوب ببطء بواسطة العربة

،  ومن ثَمّ  يستمر  Cيُغيّر اتجاه حركته إلى اليمين حتى يصل إلى النقطة  B،  وعند وصوله إلى النقطة A

 .D بخط مستقيم حتى يصل إلى النقطة

،  عندها يوقف عربته بصورة تامة.   E بتخفيف سرعته حتى يصل الى النقطة D يبدأ أيوب من النقطة

                             الرسمة: مسار سفر أيوب بواسطة العربة Segway

أمامكم جدول يصف مسار الحركة، أكتبوا في الجدول الاتجاه الذي يجب أن يحرك يوسف جسمه نحوه أثناء سيره على المسار (إلى الأمام، إلى الخلف، إلى اليمين، إلى اليسار).

قِطَعُ مسار الحركة       توجيه حركة الجسم

من النقطة A إلى النقطة B    

من النقطة B إلى النقطة C     

من النقطة C إلى النقطة D    

من النقطةD  إلى النقطة E     

   

سؤال 2

يوجد في عربة Segway مجسات تقوم بقياس مكان مركز الثقل في جسم السائق بوتيرة 100 مرة في الثانية. تُنقل هذه القياسات للحاسوب الموجود في العربة والذي بدوره يعالجها وينقلها إلى محركي العجلات، (يوجد لكل عجلة محرك منفصل).

أثناء تطوير العربة، احتار المنتجون بالنسبة لوتيرة القياس التي يجب أن تكون أثناء قياس مكان مركز الثقل لجسم السائق. كيف ستؤثر وتيرة القياس على عمل العربة؟ أشيروا إلى الإمكانيات الملائمة.

أ‌.        إذا كانت وتيرة القياس بطيئة، فإن ذلك سيؤدي إلى أن يكون رد فعل العربة على السائق بطيئاً.

ب‌.      إذا كانت وتيرة القياس بطيئة، فإن ذلك سيؤدي إلى أن تكون سرعة العربة بطيئة.

ج. إذا كانت وتيرة القياس سريعة، فإن ذلك سيؤدي إلى أن يكون رد فعل العربة حساساً لكل حركة.

د. إذا كانت وتيرة القياس سريعة، فإن ذلك سيؤدي إلى أن تكون سرعة العربة بطيئة.

سؤال 3

تسكن روان في مركز المدينة، أرادت أن تزور صديقتها التي تبعد عنها بضعة كيلومترات. أمامكم جدول رُتّبَت فيه عدة وسائل نقل التي تكلِّف نقوداً،  من الأرخص (الدراجة) إلى الأغلى (السيارة). سُجِّل بجانب كل وسيلة نقل معدل سرعتها بالكيلومترات في الساعة.

وسائل النقل     السرعة بالكيلومترات في الساعة         تدريج الزمن

السير على الأقدام        6      

دراجة  12    

العربة Segway        9      

باص   24    

سيارة   36    

أ. درِّجوا زمن سفر روان ( في كل وسيلة نقل من الوسائل الموجودة في الجدول) من الأقصر (1) إلى الأطول (5).

ب. أي وسيلة من وسائل النقل الموجودة في الجدول، ستكون أفضل من عربة Segway في السعر وفي زمن السفر؟

سؤال 4

عندما نبحث في حركة الأجسام، فنحن معنيون بمعرفة الزمن المطلوب لكي يصل فيه الجسم إلى سرعة معينة. إذا وصل الجسم إلى سرعة عالية بزمن قصير فنقول: إن تسارعه عالٍ.

أمامكم جدول يحتوي على حقائق بالنسبة لحركة كل من الأجسام الآتية:النمر المرقط، الحصان، العربة الكهربائية Segway التي يقودها شخص. افترضوا أن جميع هذه الأجسام تصل إلى سرعتها القصوى بنفس الوقت، وأنها تسير في نفس ظروف المسار.

اسم الجسم المتحرك     السرعة القصوى

(كيلومتر في الساعة)   المدة الزمنية التي يستطيع أن يسير فيها الجسم بالسرعة القصوى

النمر الرقط     100   بضع ثوانٍ

الحصان         40     بضع ثوانٍ

شخص يقود عربة Segway   20     بضع ثوانٍ

اعتمدوا على المعطيات أعلاه، ثم أجيبوا عن الأسئلة الآتية:

أ‌.        أي جسم سيقطع أطول مسافة بعد مرور ساعة واحدة؟ اشرحوا.

ب‌.      أي جسم يوجد له التسارع الاقل؟ اشرحوا.

     ج. هل نستطيع بناءً على المعطيات أعلاه، أن نحدِّد المسافة القصوى التي سيقطعها كل جسم

         من الاجسام أعلاه؟

سؤال 5

أمامكم ست عبارات. اختاروا مدى موافقتكم مع كل عبارة حسب الدليل الآتي:

 1- غير موافق بتاتاً.    2- موافق قليلاً.   3- موافق.   4 – موافق جداً.

أ. أنا موافق على أن يسير راكبو عربة segway على الرصيف، في الوقت الذي أمشي فيه على الشارع.       

1

        

2      

3      

4

ب. ستبقى عربة Segway "لعبة" غالية الثمن بالنسبة للشباب.          1       2       3       4

ج. يُفضَّل أن نستثمر أموالاً إضافية في تطوير عربة Segway، كإضافة حمّالة للعربة مثلاً، حتى لو ارتفع ثمنها.      

1      

2      

3      

4

د. يجب أن تكون قوانين تحدِّد الأماكن المسموحة أو الممنوعة لحركة عربة Segway.

1      

2      

3      

4

هـ. استعمال عربة Segway سيشجع الناس بالتنازل عن السير على الأقدام.   

1

        

2      

3      

4

و. من المفضل أن نخفض سعر العربة Segway، لكي نشجع الناس على استعمالها، ولكي نقلل من استخدام الوقود الذي يلوِّث البيئة. 

1      

2      

3      

4

دليل لمهمة: Segway – العربة الكهربائية الجديدة

الموضوعات في المنهج التعليمي:الطاقة والتفاعل – الحركة والقوى.

الصلة: محدودية العلوم والتكنولوجيا من وجهة نظر شخصية واجتماعية.

المصدر:

أُخذت صورة ال Segway من المواقع الآتية:

http://www.amazon.com/exec/obidos/tg/detail/-/B00007EPJ6/qid=1109603557/sr=8-1/ref=pd_bbs_1/102-0670513-3192941?v=glance&s=electronics&n=507846

أُخذت المعطيات عن النمر المرقط  من الموقع الاتي:

http://lib.cet.ac.il/Pages/item.asp?item=1049

أُخذت المعطيات عن الحصان من الموقع الآتي: http://hypertextbook.com/facts/2000/AndrewSigal.shtml

سؤال 1

هدف السؤال: فحص قدرات التلاميذ على استخلاص المعلومات من نص ومن رسمة.

علامة كاملة (100%): إذا كانت الإجابات كما يلي:

قِطَعُ مسار الحركة       توجيه حركة الجسم

من النقطة A إلى النقطة B     إلى الأمام

من النقطة B إلى النقطة C      إلى اليمين

من النقطة C إلى النقطة D     إلى الأمام

من النقطةD  إلى النقطة E      إلى الخلف

علامة جزئية: نعطي علامة 20% لكل إجابة صحيحة.

بدون علامة: إذا كانت الإجابات غير صحيحة، أو لم يجيبوا بتاتاً.

سؤال 2

هدف السؤال: فحص قدرات التلاميذ بما يلي: المعرفة العلمية عن القياسات، وفحص قدراتهم على شرح ظواهر بطريقة علمية.

علامة كاملة (100%): الإجابتان أ  وَ  ج صحيحتان.

علامة جزئية: نعطي علامة 50% لكل إجابة صحيحة.

بدون علامة: إذا كانت الإجابتان غير صحيحتين، أو لم يجيبوا بتاتاً.

سؤال 3

هدف السؤال: فحص قدرات التلاميذ بما يلي: المعرفة العلمية عن الحركة والقوى، وفحص قدراتهم على شرح الظواهر بطريقة علمية، وفهم العلاقة بين العلم والمجتمع والتكنولوجيا.

علامة كاملة (100%): أ. إذا درّجوا الإجابات بالشكل الصحيح كالتالي:

وسائل النقل     السرعة بالكيلومترات في الساعة         تدريج الزمن

السير على الأقدام        6       5

الدراجة 12     3

العربة Segway        9       4

الباص  24     2

السيارة 36     1

ب. الدراجة.

علامة جزئية: البند أ. نعطي علامة 16% لكل إجابة صحيحة.   البند ب. نعطي علامة 20% لكل إجابة صحيحة.

سؤال 4

هدف السؤال: فحص قدرات التلاميذ بما يلي: المعرفة العلمية عن السرعة، الزمن، المسافة والتسارع، وفحص قدراتهم على شرح ظواهر بطريقة علمية وعلى قراءة جدول.

علامة كاملة (100%): البند أ. الحصان: البُعد متعلق بالسرعة والزمن. النمر المرقط: إنه يركض بسرعة كبيرة جداً لعدة ثوانٍ فقط، لذا فهو لا يستطيع أن يستمر في السرعة العالية لمدة زمنية طويلة. سرعة الحصان أكبر بضعفين من سرعة العربة Segway، لذلك بعد ساعة سيصل الحصان إلى مسافة أكبر من المسافة التي تقطعها العربة.   البند ب. يوجد للعربة Segway تسارع قليل،  لذا تصل أي مكان في الوقت المحدد لها بسرعة قليلة  مقارنةً مع الحصان والنمر المرقط.   البند ج. لا نستطيع أن نحدد المسافة القصوى، لأنها متعلقة بالزمن وبالسرعة. رغم أن السرعة معطاه لكن الزمن الدقيق غير معطى.

علامة جزئية: نعطي علامة 33% لكل إجابة صحيحة.

بدون علامة: إذا كانت الإجابات غير صحيحة، أو لم يجيبوا بتاتاً.

سؤال 5

هدف السؤال: فحص مواقف وآراء التلاميذ بالنسبة لتطوير العربة Segway كمنتوج تكنولوجي يؤثر على الإنسان والمحيط.

لا تُعطى علامات لهذا السؤال.

استهلاك الأجهزة البيتية للكهرباء

يزداد عدد الأجهزة الكهربائية البيتية التي تعمل بواسطة الكهرباء كلما ارتفع مستوى حياة الفرد.

استهلاك الأجهزة البيتية للكهرباء متعلق بالقدرة (P = الطاقة لوحدة الزمن) المطلوبة لتشغيل الجهاز وبعدد الساعات (t) التي يعمل فيها.

نحن ندفع لشركة الكهرباء مقابل استهلاكنا العام للطاقة. تظهر في فاتورة حساب الكهرباء البيتي كمية الطاقة (E) بوحدات كيلواط- ساعة، وهي تصف حاصل ضرب وحدة القدرة (كيلواط) في وحدة الزمن (ساعات).

القانون لحساب كمية الطاقة هو: .E = p* t

سؤال 1

أمامكم جدول يعرض عدة أجهزة بيتية تستهلك الكهرباء. يشير الجدول إلى القدرة الكهربائية لكل جهاز وإلى معدل عدد الساعات التي يعمل فيها الجهاز في بيت معين.

جدوا استهلاك الطاقة الشهرية نتيجةً لاستعمال الأجهزة الكهربائية في البيت (افترضوا أن معدل عدد الأيام في الشهر هو 30).

اسم الجهاز الذي يستهلك الطاقة الكهربائية       القدرة الكهربائية المسجلة على الجهاز (واط)    معدل عدد الساعات التي يعملها الجهاز في اليوم المعدل الشهري لاستهلاك الطاقة (كيلواط – ساعة)

لمبة توهُّج عادية*       75     8      

لمبة فلوروسنتت*       20     8      

ثلاجة   150   5      

مُكيِّف  2000 7      

غسالة  2000 1      

* تعتمد نتائج الجدول على أن كمية الضوء المرئيَّة المنطلقة من لمبة توهُّج ومن لمبة فلورسنتت متشابهة.

سؤال 2

الثلاجة البيتية موصولة بشبكة الكهرباء في البيت لمدة 24 ساعة يومياً. بالرغم من ذلك فإن المحرك لا يعمل كل الوقت.

يوجد في الثلاجة المنظم (ترموستات) الذي يشغل محركها في لحظة ارتفاع درجة حرارتها إلى أعلى من درجة الحرارة التي حُدِّدت.

يعمل المحرك في الثلاجات القديمة التي صنعت قبل عشرين سنة  10 ساعات يومياً تقريباً، أما في الثلاجات الجديدة (مع تطور التكنولوجيا) فإن المحرك يعمل من 3 – 5 ساعات يومياً.

القدرة الكهربائية التي تستهلكها الثلاجات القديمة أثناء عملها، تشبه القدرة الكهربائية للثلاجات الجديدة.

يوجد في بيت عائلة السيد جمال ثلاجة عمرها 25 سنة. اعتماداً على استهلاك الكهرباء. هل ستوصونهم بأن يستبدلوا ثلاجتهم القديمة بثلاجة جديدة؟ عللوا.

سؤال 3

تسكن عائلة السيد مسعود بجوار عائلة السيدة سعدة في بيت مشابه لها. وتستهلك كل عائلة نفس كمية المياه الساخنة.

يوجد لعائلة السيد مسعود سخان مياه شمسي على سطح البيت الذي يعمل أيضاً بواسطة الطاقة الكهربائية، أما عائلة السيدة سعدة فتملك سخان مياه كهربائي فقط (لا يعمل بواسطة الشمس).

القدرة الكهربائية لجسم التسخين الموجود في سخان المياه هي 2 كيلواط. ثمن الكيلواط في الساعة الواحدة هو 0.45 من الشاقل.

أمامكم جدول فيه معطيات عن سخان المياه الكهربائي وعن سخان المياه الشمسي للعائلتين:

         سخان مياه شمسي       سخان مياه كهربائي

سعر السخان مع تركيبه.         2500 ش.ج. تقريباً    1500 ش.ج. تقريباً.

عدد ساعات عمل السخان بواسطة الكهرباء في السنة.   50ساعة         400 ساعة

مدة الزمن التي يعملها السخان قبل تبديله.        15 سنة         15 سنة

مدة الضمان الكامل.     8 سنوات        8 سنوات

مدة الزمن التي يعملها السخان بواسطة الكهرباء أثناء ال 15 سنة.       750 ساعة     

الاستهلاك الكهربائي لسخان المياه خلال 15 سنة.       1500 كيلواط-ساعة   

المبلغ الذي ندفعه مقابل استهلاك الكهرباء لمدة 15 سنة.         675 شاقلاً     

أ‌.        أكملوا المعطيات الناقصة في الجدول.

ب‌.      هل من المفضل اقتصادياً أن نركب سخان مياه شمسي على سطح البيت؟ عللوا.

ج. هل هناك اعتبارات إضافية تدعم تركيب سخان مياه شمسي على سطح البيت؟ اشرحوا.

سؤال 4

يرغب السيد غسان بأن يوفر في استهلاك الكهرباء البيتي.

أشيروا إلى الخطوات التي ستوصون بها السيد غسان لكي يحقق رغبته، ثم اشرحوا إجاباتكم.

أ‌.        أن يشغل المكيف في البيت لمدة 24 ساعة خلال اليوم، لكي يحافظ على درجة حرارة ثابتة في البيت.

ب‌.      أن يبدل في بيته لمبات التوهج بلمبات فلورسنتت.

ج. أن يركب سخان مياه شمسي على سطح بيته لتسخين المياه.

د. أن يزيد من قدرة العزل حول الفتحات في بيته، كإغلاق الفتحات التي تدخل من خلالها الريح مثلاً.

سؤال 5

القدرة الكهربائية لفرن طهي كهربائي بيتي هي 1.6 كيلواط. يستغرق زمن تسخين الطعام بواسطته ساعة واحدة.

القدرة الكهربائية لجهاز تسخين آخر يسمى ميكروجال هي 800 واط، يستغرق زمن تسخين الطعام بواسطته 10 دقائق.

أ‌.        أي جهاز من الجهازين سيستهلك طاقة كهربائية أقل لتسخين الطعام؟ احسبوا.

ب‌.      بكم مرة سيكون استهلاك الكهرباء أقل في الجهاز الذي اخترتموه مقارنةً مع الجهاز الثاني؟