Elektrownia słoneczna

Poprawna odpowiedź

2 - A

5 - B

Wymaganie ogólne

1 Wykorzystanie wielkości fizycznych do opisu poznanych zjawisk lub rozwiązania prostych zadań obliczeniowych.
3 Wskazywanie w otaczającej rzeczywistości przykładów zjawisk opisywanych za pomocą poznanych praw i zależności fizycznych.
4 Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy przeczytanych tekstów (w tym popularno-naukowych).

Wymaganie szczegółowe

2.1. Energia. Uczeń wykorzystuje pojęcie energii mechanicznej i wymienia różne jej formy
2.5. Energia. Uczeń stosuje zasadę zachowania energii mechanicznej
2.6. Energia. Uczeń analizuje jakościowo zmiany energii wewnętrznej spowodowane wykonaniem pracy i przepływem ciepła
2.9. Energia. Uczeń opisuje zjawiska topnienia, krzepnięcia, parowania, skraplania, sublimacji i resublimacji
8.2. Wymagania przekrojowe. Uczeń wyodrębnia zjawisko z kontekstu, wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla wyniku doświadczenia

Komentarz

Zadanie sprawdza umiejętność analizy treści artykułu popularno-naukowego oraz wyciągania wniosków z podanych w nim zależności przyczynowo-skutkowych. Dotyczy koncepcji energii: jej różnych odmian i przemian jednego rodzaju energii w inny.

O energii bardzo często rozmawiamy w życiu codziennym i ogólne wyobrażenie istoty energii mają nawet małe dzieci. Jednak trudniej przychodzi nazywanie i wyjaśnianie pojęcia energii w sposób trochę bardziej naukowy lub popularno-naukowy. Szczególne trudności odczuwamy przy opisie zjawisk nieodłącznie związanych z energią, takich jak ‘przemieszczanie się’ energii cieplnej w obrębie jednego ciała (np. utrzymywanie jednolitej temperatury całego organizmu) lub pomiędzy różnymi substancjami (np. dotykając jakiegoś przedmiotu czujemy, że jest on zimny lub ciepły) oraz zasad przemian jednej odmiany energii w inną (np. spalanie paliwa poruszającego samochód). Te ostatnie zachodzą samoistnie w sposób ciągły w przyrodzie; przykładem może być fotosynteza. Również człowiek, ucząc się od przyrody, stworzył narzędzia przetwarzające różne formy energii, takie jak silniki, prądnice. Największą taką ‘przetwornicą’ energii jest elektrownia.

Energia nie może powstać z niczego, lecz tylko z innej formy energii. Na przykład roślina energię potrzebną do życia czerpie z promieni słonecznych, człowiek z pożywienia, a samochód porusza się dzięki zatankowanemu na stacji paliwu. Również w elektrowniach zachodzi wielokrotne przetwarzanie różnych form energii. W opisanej w zadaniu elektrowni promienie słoneczne stanowią pierwotne  źródło energii, natomiast końcowym efektem, jak w każdej elektrowni, jest energia elektryczna. Prześledźmy cały proces: promienie słoneczne, odpowiednio ukierunkowane poprzez zwierciadła, ogrzewają płyn, zwiększając jego energię wewnętrzną (odpowiedź A w punkcie 2). Płyn ten podgrzewa wodę, doprowadzając ją do wrzenia. Wytwarzana przy tym para naciska na turbinę prądotwórczą zmuszając ją do obrotu. Skoro turbina się porusza, to zyskuje energię kinetyczną (odpowiedź B w punkcie 5). Wirująca w polu magnetycznym turbina wytwarza prąd elektryczny.

Powyższe zadanie wykorzystano w badaniu przeprowadzonym wśród absolwentów gimnazjum. Całość zadania została prawidłowo rozwiązana przez zaledwie 20% badanych. W pierwszej części zadania dotyczącej energii wewnętrznej płynu 45% uczniów dokonało poprawnego wyboru. Natomiast w drugiej części, w której uczeń powinien wybrać rodzaj energii turbiny, uzyskano około 37% prawidłowych odpowiedzi. Z dokładniejszej analizy wynikało, że zadanie dobrze różnicowało uczniów.

Badanie wykazało, że zadania dotyczące energii sprawiają uczniom wiele problemów. Jest to bardzo niepokojąca sytuacja, gdyż ogromna większość uczniów nie będzie już mogła poszerzać wiedzy z fizyki w tym obszarze w następnych etapach swojej edukacji. Natomiast energia jest jednym z najważniejszych pojęć fizyki, istotnym także w innych dziedzinach wiedzy oraz w życiu codziennym.

Słowa kluczowe