שלב א בפעילות תלמידים

בחירת משפחה

1. בחרו משפחה (של אחד מחברי הקבוצה או משפחה דמיונית), וכתבו פרטים על חבריה בעזרת מענה על השאלות הבאות:
   א.  כמה אנשים במשפחה? פרוט
   ב. היכן גרים? (עיר, אזור כפרי, מישור החוף, אזור הררי....)
2. תיאור הבית / דירה בה גרה המשפחה. האם בית פרטי, גג רעפים או שטוח, כמה חדרים, האם מסביב לבית יש הרבה בתים סמוכים, איזו קומה.
3. כתבו פרטים על מכשירי החשמל אם יש בבית המשפחה. (כמה מזגנים, טלויזיות, מדיח כלים..... )
4. תארו את אורח החיים של המשפחה במשך שבוע כלשהו. בחרו שבוע מסוים בשנה (קיץ או חורף) וקבעו תאריכים.
5. ערכו טבלה יומית ובה קבעו את מזג האוויר, ופעילות של חברי המשפחה. (כיצד נוסעים, כיצד מחממים או מקררים את מקום המגורים, האם מבשלים, או נוסעים ואוכלים בחוץ, כמה פעמים מפעילים מכונות כביסה בשבוע? האם שוטפים את הכלים במכונת כלים או בכיור, כמה שעות, אם בכלל, רואים TV , כיצד מגיעים לעבודה (תחבורה פרטית או ציבורית), אלו מכשירים חשמליים מפעילים ולכמה זמן......).    

שלב ב בפעילות תלמידים

לימוד מושגים חדשים   

צורות שונות של מעברי אנרגיה גורם לשימוש ביחידות שונות.

מעבר אנרגיה על ידי עבודה

יחידת המידה ג'אול  

עבודה = האנרגיה העוברת כאשר כוח מופעל לאורך דרך.    

יחידה: ג'אול (נכון לומר ג'ול)    

1 ג'אול = 1 ניוטון × 1 מטר  

1 ניוטון היא יחידה של כוח. 1N= 1 kg·m/s² 

דוגמה: הרמת משקולות על ידי בחורה מחוץ לבית על רקע שקיעה

האנרגיה המושקעת על ידי הבחורה להרים את המשקולת, לעשות עבודה.

מעבר אנרגיה על ידי חימום

יחידת המידה קלוריה   

1 קלוריה = כמות האנרגיה המושקעת בחימום 1 גרם מים ב- 1°C

דוגמה לשימוש: דוד שמש

דוד השמש מכיל קולטים ודוד מים המחוברים בצנרת, כפי שמתואר בתמונה. אנרגיה שמקורה בשמש גורמת לחימום הקולטים הגורמים לחימום המים בצנרת העוברים למיכל.   

יחידת אנרגיה מקובלת נוספת:

British Thermal Unit - BTU

כמות האנרגיה הדרושה לחימום 1 פאונד (כ- 0.45 ק"ג) מים במעלת פרנהייט (0.56 מעלות צלזיוס ) אחת.

1BTU = 1055 J =252 calories

השימושים הנפוצים יותר של ה-  BTU הם בתחום מיזוג האוויר, עוצמת גריל לצלייה ודלק.

בקישור הבא יש מחשבון הממיר יחידות אנרגיה   

המרת BTU  לג'אולים יכולה להיעשות על ידי מחשבון

במה תלויה במות האנרגיה שיש להשקיע בחימום?

כמות האנרגיה הדרושה לחימום חומר נוזלי (Q ) תלויה בשלושה גורמים:

1. מסת החומר המחומם –m) ) ככל שיש לחמם מסת חומר גדולה יותר, יש להשקיע יותר אנרגיה.
2. סוג החומר המחומם – (C ) לחימום מסה שווה של חומרים שונים באותה טמפרטורה נדרשת כמות אנרגיה שונה. הבדל זה בא לידי ביטוי בקיבול אנרגיה סגולי שונה של חומרים שונים.
3. שינוי הטמפרטורה של חומר המחומם –  (ΔT) ככל שהשינוי בטמפרטורה של החומר המחומם גדולה יותר, נדרשת אנרגיה רבה יותר לחימומו.

דוגמה: 

אם מניחים על אותו מקור אנרגיה (כגון פלטה) אותה מסה של שמן ומים הנמצאים באותה טמפרטורה, ומחממים במשך פרק זמן שווה, הטמפרטורה של השמן בסוף החימום תהיה גבוהה יותר.

הסיבה: קיבול אנרגיה סגולי של שמן 2.3 ג'אול לגרם מעלה

לעומת קיבול האנרגיה של מים שהוא 4.2 ג'אול לגר' מעלה.   

ניתן להציג את הסיכום הנ"ל באופן מתמטי בנוסחה:

השוואה בין הגדלים: אנרגיה ו הספק   

הספק = הקצב בו אנו צורכים או מיצרים אנרגיה   

הספק = אנרגיה / זמן

אנרגיה = הספק × זמן

אנלוגיה   

רוצים למלא מכל בנפח של 1 ליטר במים מהברז.   

מילוי המכל מברז שבו זרם המים חלש תארך זמן רב יותר לעומת מילוי אותו מכל מברז בו זרם המים חזק.  

הסבר האנלוגיה

אנרגיה – מסת המים במכל   

הספק - מסת המים המועברת למכל ב 1 שנייה.   

ניתן לצרוך כמות אנרגיה זהה זמן ארוך על ידי מכשיר עם הספק נמוך או זמן קצר על ידי מכשיר עם הספק גבוה.

יש להבין היטב את ההבדל בין:

• קילו וואט שעה = קוט"ש kWh   יחידה של אנרגיה
• לבין קילו וואט kW  יחידה של הספק

סיכום יחידות אנרגיה

חשבו

• כמה ג'אול זה 1 קוט"ש? ( 3600kJ )
• מכשיר שהספקו 500W עבד במשך שעתיים. מהי האנרגיה שהמכשיר צרך ? ביחידות של קוט"ש וביחידות של ג'אול? (1 קוט"ש, 3600kJ )     

שלב ג בפעילות התלמידים

חישוב צריכת האנרגיה של המשפחה שבחרת במהלך שבוע

• חשבו את צריכת האנרגיה של המשפחה.
• השתמשו בקישורים ובנתונים במבנית.
• צריכה ביתית של חשמל עבודה עם חשבון החשמל, דף עבודה על קוט"ש, קישור למחשבונים של חברת חשמל
• צריכת אנרגיה של מכשירים – קישור למחשבון של חברת חשמל דוד חשמלי, מזגן הכנסת היחידה  BTU  – דף עבודה.
• צריכת דלק בתחבורה, טיסה או לחילופין תופנה לאיתור נתונים.
• צריכת אנרגיה לתאורה מסוגים שונים
• צריכת אנרגיה בתחומים אחרים....   

כיצד נחסוך אנרגיה?

1. העלו הצעות למשפחה של דרכים לחיסכון באנרגיה
2. חשבו את צריכת האנרגיה בהתאם להצעות החדשות.
3. חשבו באחוזים כמה אנרגיה הצליחה המשפחה לחסוך
4. מהו ה"מחיר" שכל משפחה תשלם על החיסכון? 

    

שלב ד בפעילות התלמידים 

כל קבוצה מציגה ממצאים לפני המליאה