Екологічне виховання на уроках фізики

Екологічне виховання на уроках фізики

Екологічна криза, глобальне потепління, такі терміни ми чуємо дуже часто по радіо, телебаченню, читаємо у пресі.

Подолання кризової ситуації, що нині виникла у світі, є складовою національної політики в усіх країнах. Одне з основних завдань цієї політики – кардинально змінити ставлення людини до природи, формувати в неї екологічну культуру. 

На першій стадії розвитку людського суспільства ставлення до природи було простим  і примітивним – брати все потрібне для себе, не замислюючись про наслідки.

Внаслідок виснаження природних ресурсів,  розвитку промисловості виникла нова проблема – забруднення навколишнього середовища, що, в свою чергу, не тільки негативно позначилося на родючості ґрунтів, продуктивності рослинного і тваринного світу, а й створило істотну загрозу для здоров’я людей. 

Вперше за всю свою історію людство змушене вдатися до переоцінки свого місця і значення в системі земної природи. З’ясувалося, що планета Земля є не такою багатою, щоб можна було не враховувати і не берегти її багатства, що фізичне існування людини обмежене, що дії людини наближають світ до катастрофи, причиною якої може стати нестача води, продуктів харчування і навіть повітря.

І саме тому, на уроках фізики, учні мають знайомитися з екологічною ситуацією, і як майбутні робітники бути готові здійснювати природоохоронну роботу.

Вивчаючи закони фізики, намагаємось на уроках показати учням знання про навколишнє середовище як про цілісну систему взаємопов’язаних явищ; допомогти їм усвідомити, що будь – яке втручання в природу може привести як до позитивних, так і негативних наслідків для здоров’я людей.

Особливо  акцентуємо  увагу  на тому,  що виникнення  проблеми  охорони навколишнього середовища – це результат нераціонального господарювання людини, особливо на сучасному етапі інтенсивного розвитку науки і техніки.

Ніякі технічні і суспільні досягнення не сприятимуть життєдіяльності людини, якщо вони суперечать законам природи. Не можна користуватися природою і охороняти її без знань про її будову та закони розвитку, без урахування антропогенного впливу і гранично допустимих навантажень на екосистеми, які може дозволити собі суспільство, щоб не зруйнувати їх.

Так у розділі фізики «Основи молекулярно - кінетичної теорії» ми знайомимося з броунівським рухом, дифузією, тепловим рухом молекул. І саме тут розповідаємо учням, що температура – один з найважливіших кліматичних факторів. Від неї залежать усі життєво необхідні процеси, що відбуваються в організмі: обмін речовин, розвиток, ріст та ін. Різка зміна критичних для організму значень температури може спричинити сповільнення або прискорення  фізіологічних   процесів  і  навіть   їх загибель.   Згідно із  законом

Вант–Гоффа, з кожним підвищенням температури на 10⁰С швидкість більшості хімічних реакцій в організмі збільшується у 2 – 3 рази.  

У цьому ж розділі учні знайомляться з агрегатними станами речовини. А отже, розповідаємо, що на Землі вода існує в трьох агрегатних станах: рідкому (вода), твердому (лід) та газоподібному (водяна пара). Як фізичне тіло вона має ряд аномальних властивостей, що зумовлені її молекулярною будовою. Так під час замерзання вода не стискається, як більшість рідин, а розширюється. Через це густина льоду менша за густину води, і він плаває на її поверхні.

Оскільки вода є середовищем існування для багатьох організмів, для них мають значення такі її властивості, як густина, вміст розчинених у ній кисню і вуглекислого газу, прозорість, тому що від неї залежать освітленість на певній глибині. Крім того, важливими властивостями є швидкість течії води, насиченість її солями, кислотність.

 Густина води, на відміну від інших рідин, є максимальною не при О°С, а при мінус 4°С. Завдяки цьому водойми не промерзають до дна і лід утворюється тільки на їх поверхні.

Крім того, вода має високу теплоємність, тому є важливим теплорегулятором. Влітку водойми поглинають теплоту, а взимку віддають її у навколишнє середовище. Теплоти, яка виділяється при охолодженні 1м³ води на 1°С, достатньо для того, щоб на 1°С нагрілося 3000м³ повітря. У місцевостях, де є великі водойми (озера, моря), не буває різких коливань температури взимку і влітку, вдень і вночі.

Вміст кисню у водоймах є обмежувальним (лімітуючим) фактором. Насиченість води киснем обернено пропорційна її температурі. Роз­поділ кисню у воді залежить також від переміщення її шарів та харак­теру життя організмів у ній.

Вода не тільки здійснює безпосередній фізіологічний вплив на ріст і розвиток рослин, а й видозмінює інші такі важливі екологічні фактори, як температура, аерація ґрунту, засвоєння рослинами елементів живлення, надходження в організми хімічних елементів. Крім того, кисень рослин, запас якого постійно поповнюється завдяки фотосинтезу, виділяється ними внаслідок реакції розкладання води, яка вбирається рослинами з ґрунту.

Вивчаючи підтему «Фазові перетворення» учні вивчають вологість повітря, де знайомляться з тим, що   стан атмосферної водяної пари у природі  не є сталим. Її кількість у нижніх шарах  атмосфери, а також розподіл за часом і територією дуже важливі для людини.

При вивченні теми: «Світлові кванти» говоримо учням про те, що світло є важливим екологічним фактором, інтенсивність якого змінюється по сезонах року і протягом доби. Основним його джерелом є сонячна радіація. Із загального її потоку, який досягає земної поверхні і від якого залежать умови існування організмів, видиме світло становить близько 45%, інфрачервоне випромінювання – 45%  і ультрафіолетове  8 – 10%.   

    Дехто з вас гадає, що чим більше освітлювати рослину, тим більшим буде врожай. Насправді це не так.. Чому?

На екваторі, як відомо, протягом доби у будь-який період року 12год триває день, а 12год — ніч. У напрямі до північної широти довжина світлового дня поступово збільшується влітку, а взимку стає коротшою. Рослини, перенесені в такі умови з екватора, зму­шені рости при довшому світловому дні, ніж у себе на батьківщині. Тому вони не цвітуть.

Змінюючи тривалість освітлення деяких коренеплідних рослин, мож­на вирощувати їх на насіння або коренеплоди. Наприклад, редис при вирощуванні в умовах довгого світлового дня дає багато насіння і мало коренеплодів, а при 10-годинному дні — не цвіте, але утворює великі коренеплоди.

Зміна інтенсивності освітлення рослин на початку їх розвитку також може вплинути на їх цвітіння і плодоношення. Так, якщо таку рослину короткого дня, як просо, помістити на початку розвитку в умови з 10-годинним освітленням, то вона утворює волоті на 18 днів раніше. Подовження світлового дня ще на 10 діб прискорює утворен­ня у нього волоті на 27 днів.

Стосовно теми «Магнітне поле» можна сказати, що саме воно є однією з необхідних умов існування життя на нашій планеті.

 Всі живі істоти Землі мільйони років еволюціонували саме в умовах магнітного поля і без нього існувати не можуть. Канадський учений Я. Крейн досліджував живі організми, які знаходилися в спеціальній камері з меншою, ніж земна, напруженістю магнітного поля. Після 72-годйнного пере­бування в таких умовах різко (в 15 разів) зменшувалася здатність бактерій до розмноження, знижувалась нейромоторна активність птахів, у мишей порушувався обмін ре­човин. У разі тривалішого перебування в умовах послабле­ного магнітного поля в тканинах виникали необоротні змі­ни і розвивалося безпліддя.

Але ж геофізики (палеомагнітологи) встановили, що протягом геологічної історії нашої планети магнітне поле неодноразово знижувало свою напруженість і навіть змі­нювало знак (тобто північний і південний магнітні полюси мінялися місцями). Таких епох зміни знака магнітного по­ля, або інверсій, нині встановлено багато десятків, вони відбилися в магнітних властивостях гірських порід. У епо­хи безпосередньої зміни знака магнітного поля це поле ще­зало, щоб потім знову з'явитися, наростаючи до норми, але вже з протилежним знаком. Скільки часу тривала епоха без магнітного поля, палеонтологи сказати сьогодні не мо­жуть, але гадають, що кілька тисяч років. Наприклад, ни­нішня магнітна епоха умовно названа епохою прямої по­лярності. Вона триває вже близько 700 тис. років. Прете напруженість поля повільно, але неухильно знижується. Якщо цей процес буде розвиватися й надалі, то приблизно через 2 тис. років напруженість магнітного поля Землі впа­де до нуля, а потім, через певний час «безмагнітної епохи», почне наростати, але буде мати протилежний знак.

Якщо досліди Крейна вважати адекватними, то «безмагнітна епоха» має сприйматися живими організмами як катастрофа. Багато з них вимруть або змінять свої власти­вості. Проте існує ще й інша небезпека. Справа в тому, що магнітне поле Землі є щитом, захищає життя на Землі від потоку сонячних і, космічних часток (електронів, протонів, ядер деяких елементів). Рухаючись з величезними швид­костями, такі частки є сильним іонізуючим фактором, що, як відомо, впливає на живу тканину, й, зокрема, на гене­тичний апарат організмів.

За допомогою перших супутників, запущених на кос­мічні орбіти; були виявлені радіаційні пояси навколо нашої планети. Встановлено, що земне магнітне воле відхиляє траєкторії космічних іонізуючих часток і «закручує» їх на­вколо планети.

Отже, в епохи, коли Земля не має магнітного поля, у неї щезає захисний антирадіаційний щит. Значне (в кілька ра­зів) збільшення радіаційного фону має значно впливати на біосферу: одні групи організмів повинні вимирати, се­ред інших має різко зростати далекість мутацій тощо. А як­що взяти до уваги сонячні спалахи, тобто, колосальні за потужністю вибухи на Сонці, що вивергають надзвичайно сильні потоки космічних променів, то слід зробити висно­вок, що епохи щезання магнітного поля Землі є епохами катастрофічного впливу на біосферу з боку Космосу.

Вивчаючи на другому курсі тему «Атом і атомне ядро» багато учням розповідаємо про радіоактивність та іонізуюче випромінювання з погляду екології.

Іонізуючим називається випромінювання, взаємодія якого з мо­лекулами і атомами середовища зумовлює перетворення їх на пози­тивно і негативно заряджені гони, тобто іонізацію речовини. З цим поняттям тісно пов'язане поняття радіоактивності. Вона означає са­мовільне перетворення (розпад) нестійких ядер атомів деяких хімічних елементів, яке призводить до зміни їх протонного і масового чисел. Роз­пад ядер атомів радіоактивних елементів (радіонуклідів) супроводжує­ться виділенням енергії у вигляді іонізуючого випромінювання. Такі елементи називаються радіоактивними.

У біосфері всюди є природні джерела радіоактивності, і всі живі організми з часу утворення Землі завжди зазнавали природного радіо­активного опромінення.

Розрізняють два види іонізуючого випромінювання — електромагнітне й корпускулярне, що має енергію, достатню для іонізації молекул і атомів речовини. Воно невидиме і може проникати в непрозорі тіла на знану глибину, викликаючи різні зміни в біологічних системах. Тому його називають проникною радіацією. До  іонізуючого  випромінювання  належать також видиме

світло та ультрафіолетове випромінювання.

На живі організми в навколишньому середовищі можуть діяти одно­часно кілька джерел іонізуючого випромінювання: 1) природне; 2) штучні радіонукліди; 3) побутові прилади.

Природне випромінювання є складовою частиною біосфери, екологіч­ним фактором, який діє на все живе в природі і створює природний радіаційний фон. Воно утворюється за рахунок трьох джерел: 1) кос­мічного випромінювання; 2) випромінювання зовнішніх земних дже­рел; 3) випро-мінювання внутрішніх джерел.

У космічному випромінюванні виділяють галактичне, що надходить до Землі із зірок Галактики, та сонячне, яке зумовлюється активністю Сонця.

Сонячне випромінювання, яке порівняно з галактичним має низьку енергію, не спричинює помітного збільшення дози випромінювання на поверхні Землі,

 оскільки значною мірою затримується озоновим шаром атмосфери і розсіюється в ній.

Випромінювання зовнішніх земних джерел визначається радіоак­тивністю земної кори, води й атмосфери, що залежить від вмісту при­родних радіоактивних елементів (передусім урану, торію, радону, вугле­цю, берилію та ін.).

Вміст природних радіонуклідів у різних місцях Землі дуже варіює. Відповідно змінюється і природний радіаційний фон. Радіоактивність осадових порід, як правило, невисока. Граніт, базальт містять велику кількість радіонуклідів. Дуже багато торію і радію в монацитових пісках, основу яких становить мінерал монацит — фосфат рідкісноземельних елементів переважно групи церію. В регіонах, де є радіоактивні водні джерела, радіаційний фон може набагато перевищувати звичайний при­родний.

Внутрішніми джерелами випромінювання є радіонукліди, що по­трапляють у рослини, організми людей, тварин з повітрям, водою, про­дуктами харчування, кормами. Практично це всі елементи, які є також зовнішніми джерелами випромінювання. Найбільше внутрішнє опро­мінення спричинюють ²²²Rn,   ²²⁰Rn,   ⁴⁰К,   ¹⁴С,   ⁸⁷Rb,   ²²⁶Ra,   ²¹⁰Ро  та ін.

Природний радіаційний фон є тим радіаційним середовищем, у яко­му існувало й розвивалося все живе на нашій планеті з часу її утво­рення. Починаючи з минулого століття, він поступово зростає. При­чиною цього є діяльність людини, індустріалізація господарства, видо­буток із земних надр великої кількості радіонуклідів разом з корисни­ми копалинами (поліметали, нафта, газ, кам'яне вугілля, солі, добрива тощо).

Штучні радіонукліди утворюються під час перебігу ядерних реакцій, які відбуваються під впливом опромінення (бомбардування) звичайних хімічних елементів або їхніх природних ізотопів високо енергетичними частинками (від кількох мільйонів до десятків мільярдів електрон-вольт). Отримано близько 2000 штучних радіоактивних ізотопів 80 хімічних елементів.

Радіонукліди утворюються під час вибуху атомних бомб, роботи ядер­них реакторів на АЕС, атомних криголамах та підводних човнах. Вра­ховуючи небезпеку випромінювання, атомну енергетику будують за зам­кнутим циклом, завдяки чому в навколишнє середовище потрапляє не­значна кількість складних для уловлювання радіоактивних речовин. Під час видобутку уранової руди і вилучення з неї урану 99 % породи потрапляє у відвали, спричиняючи лише локальне забруднення середо­вища ураном, радієм, радоном та ін. Під час роботи ядерних реакторів у навколишнє середовище можуть надходити газоподібні леткі радіонук­ліди ¹⁴С, ³Н, ⁸³К та ^І29І, які практично можна вловлювати за допомогою спеціальних фільтруючих систем.

Радіоекологічні проблеми виникають у разі порушення технологіч­них процесів, що супроводжується викидом радіоактивних речовин у навколишнє середовище. Найбільшими як за об'ємом викиду, так і за вмістом у ньому довгоживучих радіонуклідів були аварії на сховищі радіоактивних відходів на Південному Уралі (1957 р.) та на Чорно­бильській АЕС (1986 р.). Так, четвертим реактором ЧАЕС за офіційни­ми даними було викинуто в навколишнє середовище лише 5% ядерного палива. Це призвело до опромінення десятків тисяч людей. Великі території стали практично непридатними для життя. Тому із зараже­них територій відселено десятки тисяч людей. Підвищення рівня радіації внаслідок радіоактивних опадів спостерігалося за багато тисяч кіло­метрів від місця аварії.

Міграція (переміщення) радіонуклідів. Поширенню радіонуклідів сприяють вітер, атмосферні опади. Ті з них, що випали на земну поверх­ню, концентруються в рослинах, ґрунті та воді і через ланцюг живлення потрапляють в організми людей і тварин. Надійшовши у воду, радіо­нукліди накопичуються в мулових відкладах. З часом частина їх розчи­няється у воді і забруднює її.

Доза зовнішнього опромінення, що діє на людину, яка перебуває в приміщенні, залежить від двох протидіючих факторів: екранування зов­нішнього випромінювання стінами будівель і випромінювання природ­них радіонуклідів, що містяться в будівельних матеріалах.

Сучасні телевізори за умов нормальної експлуатації і правильного об­слуговування випромінюють енергії не більше допустимих норм.

Використовувані в побуті електронні та електричні прилади, керамічні і скляні вироби, що містять уран або торій, випромінюють незначну дозу енергії. За даними наукового комітету ООН з дії радіації, середньоріч­на доза від цих джерел не перевищує 10 мкГр.