Мы окружены вампирами. Только они живут энергией, а не кровью. Этот телевизор с большим экраном, ваш компьютер, Xbox, печь, холодильник, плита, микроволновая печь - все они высасывают энергию. Некоторые из них, например ваша кабельная приставка или DVD-плеер, действительно отвратительны: они потребляют энергию, даже когда не используются.
Эти прожорливые монстры могут нанести серьезный урон. Около 70 процентов нашей энергии поступает из невозобновляемых источников, таких как нефть и природный газ. Когда они уходят, они уходят навсегда. Кроме того, некоторые источники энергии, такие как электростанции, работающие на угле, которые производят почти половину электроэнергии в США, выделяют углекислый газ, что угрожает опасным изменением климата Земли.
Энергетические вампиры также истощают кошельки. В 2011 году каждый американец тратил на энергию в среднем 4410 долларов в год. Если вы проткнете сердце растраты энергии, вы можете положить доллары в свой карман.
Есть три простых способа экономии энергии:
- Энергоэффективность. Современные холодильники потребляют гораздо меньше энергии, чем старые. Компактные люминесцентные и светодиодные лампы сжигают меньше сока, чем лампы накаливания.
- Используйте альтернативные формы энергии. Пассивное солнечное или фотогальваническое наружное освещение использует бесплатную энергию солнца.
- Хватит тратить энергию. Починить капающие краны. Заткните места утечек там, где может проникнуть холодный воздух. Выключайте приборы, когда ими не пользуетесь.
Чтобы победить энергетических вампиров, сначала нужно понять, как работает каждый из этих методов сохранения энергии. Описанные ниже эксперименты могут помочь сделать людей всех возрастов более энергосберегающими, а некоторые могут даже улучшить вашу прибыль.
5: Душ или ванна?
Чтобы нагреть воду, вам нужна энергия. Поэтому, если вы можете очиститься, не используя столько горячей воды, вы сэкономите. Но что использует больше горячей воды, ванна или душ? Этот эксперимент поможет вам определить это.
Попросите всех членов вашей семьи принять ванну вместо душа, когда им нужно помыться. Убедитесь, что каждый человек оставил воду в ванне, когда он или она закончил. Затем проверьте уровень воды. Вы можете пометить его мелом для ванны или цветной лентой. Или вы можете измерить его линейкой и записать уровень.
Далее пусть все примут душ. (Это лучше всего работает, если у вас есть совмещенный душ и ванна.) Попросите их заткнуть слив перед тем, как они начнут, чтобы вода не вытекала. Измерьте количество воды, оставшееся в ванне, когда каждый человек закончит, и отметьте или запишите его.
Теперь сравните среднее количество воды, используемой для каждого метода. Тот, для которого требуется меньше воды, сэкономит больше энергии, и именно его вы должны порекомендовать для использования в вашем домашнем хозяйстве.
Подумайте, как вы могли бы сэкономить еще больше энергии. Что, если вы выключите душ, когда намыливаетесь? Использование насадки для душа с низким расходом воды, которая может выпускать на 72% меньше воды, также может иметь значение.
4: Какой изолятор лучше?
Изоляция вашего дома сохраняет тепло, поэтому вы реже запускаете печь, когда на улице холодно. Тем не менее, изоляция также может сохранять холод - ваш холодильник, например, изолирован для защиты от тепла. В любом случае, изоляция экономит энергию, избавляя ваши приборы от необходимости усердно работать для поддержания температуры. Этот эксперимент поможет вам выяснить, какие материалы являются лучшими изоляторами.
Начните с двух картонных коробок из-под обуви. Приклейте черную бумагу к внешней стороне нижней части каждого. Поместите верхнюю часть каждой коробки вверх дном в солнечное место. Положите термометр на каждую вершину.
Теперь наденьте нижнюю часть одной коробки на верхнюю так, чтобы черная бумага была обращена к солнцу. Эта неизолированная коробка находится под вашим контролем. Он показывает, что происходит без изоляции.
Далее возьмите материал, который вы хотите протестировать, сформируйте его так, чтобы он полностью заполнил дно второй коробки, и закрепите его скотчем, чтобы убедиться, что он остается на месте. Вы можете выбрать практически любой материал для тестирования, включая пенополистирол, полотенце, слои газет, кусок пузырчатой пленки или искусственный флис. Установите коробку поверх другой верхней части. Убедитесь, что две коробки получают одинаковое количество солнечного света.
Через 15 минут откройте коробки и запишите температуру в каждой. Внутри изолированного бокса должно быть холоднее, чем в блоке управления. Чем больше разница температур, тем лучше материал работает как изолятор. Повторите эксперимент с другими материалами. Наконец, подумайте, почему некоторые материалы лучше изолируют. Например, возможно, они задерживают мертвые воздушные пространства, которые не позволяют теплу циркулировать.
3: Энергетические эффекты тени и краски для дома
Может ли такая простая вещь, как тень от дерева или краска, помочь сэкономить на счетах за электроэнергию? Этот эксперимент поможет ответить на этот вопрос. «Домиком» в данном случае будет небольшая картонная коробка. Роль солнца будет играть 100-ваттная лампочка в рефлекторной лампе.
Сначала установите коробку. Убедитесь, что крышка плотно закрывается. Поместите термометр внутрь, чтобы измерить температуру. Затем расположите свет так, чтобы он светил прямо на коробку. Через 20 минут запишите температуру внутри коробки.
Далее поставьте комнатное растение между лампой и коробкой так, чтобы его тень ложилась на «домик». Вы также можете использовать для этого ветки, сломанные с деревьев или кустов, вместо комнатного растения - просто поставьте их в горшки с песком, чтобы обеспечить устойчивую тень. Снова проверьте температуру через 20 минут. Сохраняла ли тень прохладу в коробке? Попробуйте разные растения с разными типами листьев. Что больше всего влияет на температуру?
Чтобы проверить энергетический эффект краски, возьмите две одинаковые коробки и покрасьте одну в белый и одну в черный или темный цвет. Поставьте каждую на равном расстоянии от света и через 20 минут запишите температуру внутри. Какая коробка нагревается сильнее? Как бы это повлияло на потребление энергии, если бы это был настоящий дом?
В принципе, выбор правильного оттенка деревьев или цвета фасадной краски может помочь сэкономить энергию, если летом в доме будет прохладнее, и сократить потребность в кондиционировании воздуха. Зимой, однако, лучше не иметь тени, чтобы дом мог поглощать солнечное тепло. В этом случае деревья, которые сбрасывают листву зимой, могут быть лучшими энергосбережителями.
2: Сделать солнечный водонагреватель
Вы можете приготовить себе горячую воду, используя только энергию солнца. Вы начнете с плоской коробки площадью около 3 футов (90 сантиметров) и глубиной 2 или 3 дюйма (5 или 7,5 сантиметров). Покрасьте внутреннюю часть в черный цвет или выстелите ее черной бумагой.
Далее возьмите гибкую черную трубку длиной 20 футов (6 метров) или более. Сделайте два отверстия по бокам коробки, одно возле угла, а другое возле противоположного угла. Вставьте конец трубки через одно отверстие. Сформируйте из трубок плоские петли, которые не перекрываются, а проходят вверх и вниз по дну коробки. Продолжайте зацикливать, пока не израсходуете большую часть длины. Проденьте конец через другое отверстие.
Наденьте на коробку стеклянную крышку. Приклейте края скотчем, чтобы удерживать его. Теперь у вас есть солнечный коллектор, подобный тем, которые вы иногда видите на крышах домов. Поставьте коробку на солнце. Погрузите один конец трубки в ведро с водой. Сосать на другом конце, чтобы заполнить трубку и начать действие сифона. Держите конец, который вы сосали, ниже другого и дайте воде стекать в другую емкость. Используйте прищепку, чтобы обжать трубку и ограничить поток струйкой.
Поместите термометр в каждую емкость с водой, чтобы отслеживать изменение температуры. Имеет ли значение угол коробки по отношению к солнцу? Что если использовать более длинный кусок трубки и сделать больше петель? Чем теплее вода на выходе, тем больше тепла она поглощает от солнца. Если бы вы использовали воду, нагретую таким образом в своем доме, вы сняли бы нагрузку с вашего электрического, газового или масляного водонагревателя, сэкономив энергию.
1: Энергия ветра в электричество
Возможно, вы видели гигантские ветряные турбины, вращающиеся на вершинах холмов. Что ж, с помощью этого эксперимента вы можете сделать свою собственную модель турбины, чтобы попробовать генерировать электричество из ветра.
Начните с двигателя постоянного тока на 1,5 В. Эти двигатели с батарейным питанием можно приобрести в магазинах для хобби или в Интернете. В вашем эксперименте вместо того, чтобы использовать электричество для вращения двигателя, вы будете вращать вал двигателя с помощью «ветра», чтобы вырабатывать электричество. Установите двигатель горизонтально на доску так, чтобы вал выступал за край.
Возьмите пропеллер модели самолета и прикрепите его к валу двигателя перпендикулярно доске. Убедитесь, что гребной винт плотно прилегает к валу или завинчивается так, чтобы при вращении гребного винта он вращал вал. Ваш «ветряк» готов генерировать энергию.
Подсоедините два провода, идущие от двигателя, к вольтметру, измеряющему до 5 вольт. Между двигателем и вольтметром соедините эти два провода с помощью резистора на 100 Ом. Вам нужно будет снять дюйм изоляции с каждого провода и припаять выводы резистора (провода, идущие от каждого конца резистора) к оголенным проводам. Эта настройка необходима, чтобы вольтметр мог точно измерять электричество.
Поместите двигатель и пропеллер перед вентилятором, который будет производить "ветер". Когда пропеллер начнет вращаться, проверьте вольтметр. Он покажет вам, сколько электроэнергии производится. Если вы не видите движения или если стрелка вольтметра пытается двигаться влево, а не вправо, отсоедините провода от вольтметра и снова присоедините их, поменяв местами стороны. Посмотрите, как меняется напряжение при увеличении или уменьшении скорости вращения вентилятора.
Поэкспериментируйте с различными типами пропеллеров. Влияют ли винты большего или меньшего размера на количество производимой электроэнергии? Попробуйте сконструировать свой собственный пропеллер. Поэкспериментируйте с несколькими лезвиями и лезвиями под разными углами. Что производит больше электроэнергии при данной скорости ветра? Эффективные турбины могут использовать энергию ветра и экономить энергию из других источников.
Примечание автора: 5 идей для экспериментов по сохранению энергии
Эти эксперименты предназначены для того, чтобы научить нас принципам энергосбережения, но они также могут предложить практическое применение. Например, у моего соседа есть бассейн. Весной он берет длинный садовый шланг и наматывает его петли на крышу своего домика у бассейна, выходящего на юг. Это очень похоже на эксперимент с солнечной горячей водой. В течение дня он использует насос, чтобы перекачивать воду из бассейна через шланг и обратно. Солнечная энергия позволяет ему поддерживать комфортную температуру в бассейне, и он заходит в воду раньше, чем кто-либо другой.