Noarootsi Gümnaasiumi õppekava

IV kursus: Energia

1. 
   Elektrivool
   
   1. 
      Õppesisu
      

Elektrivoolu tekkemehhanism. Ohmi seaduse olemus. Juhi takistus ja aine eritakistus. Metallkeha takistuse sõltuvus temperatuurist. Ülijuhtivus. Ohmi seadus kogu vooluringi kohta. Vooluallika elektromotoorjõud ja sisetakistus. Vedelike, gaaside ja pooljuhtide elektrijuhtivus. pn-siire. Pooljuhtelektroonika alused. Valgusdiood ja ventiil-fotoelement (fotorakk). Voltmeetri, ampermeetri ja multimeetri kasutamine.

2. 
   Põhimõisted
   

Alalisvool, laengukandjate kontsentratsioon, elektritakistus, vooluallika elektromotoorjõud ja sisetakistus, aine eritakistus, takistuse temperatuuritegur, ülijuhtivus, kriitiline temperatuur, pooljuhi oma- ja lisandjuhtivus, pn-siire, elektrivoolu töö ja võimsus. Mõõtühikud Ω, Ω, kWh.

3. 
   Praktilised tööd ja IKT rakendamine
   

Voolutugevuse, pinge ja takistuse mõõtmine multimeetriga.

Tutvumine demokatses lihtsamate pooljuhtelektroonika seadmetega (diood, valgusdiood, fotorakk)

Vooluringide talitluse uurimine vastavate arvutisimulatsioonide abil.

4. 
   Lõiming
   

Keemia – keemilised vooluallikad, elektrolüüdid, kovalentne side

5. 
   Õpitulemused
   

Kursuse lõpul õpilane:

seletab elektrivoolu tekkemehhanismi mikrotasemel, rakendades seost   I = q n v S;

kasutab probleemide lahendamisel seost ;

rakendab probleemide lahendamisel Ohmi seadust vooluringi osa ja kogu vooluringi kohta: ,  ning elektrivoolu töö ja võimsuse avaldisi: ja ;

arvutab elektrienergia maksumust ning planeerib selle järgi uute elektriseadmete kasutuselevõttu;

teab, et metallkeha takistus sõltub lineaarselt temperatuurist ning teab, kuidas takistuse temperatuurisõltuvus annab infot takistuse tekkemehhanismi kohta;

kirjeldab pooljuhi oma- ja lisandjuhtivust, sh elektron- ja aukjuhtivust;

teab, et pooljuhtelektroonika aluseks on pn-siire kui erinevate juhtivustüüpidega pooljuhtide ühendus; seletab jooniste abil pn-siirde käitumist päri- ja vastupingestamisel;

kirjeldab pn-siirde toimimist valgusdioodis ja ventiil-fotoelemendis (fotorakus);

tunneb juhtme, vooluallika, lüliti, hõõglambi, takisti, dioodi, reostaadi, kondensaatori, induktiivpooli, ampermeetri ja voltmeetri tingmärke ning kasutab neid lihtsamaid elektriskeeme lugedes ja konstrueerides;

kasutab multimeetrit voolutugevuse, pinge ja takistuse mõõtmiseks.

2. 
   Elektromagnetismi rakendused
   
   1. 
      Õppesisu
      

Vahelduvvool kui laengukandjate sundvõnkumine. Vahelduvvoolu saamine ja kasutamine. Generaator ja elektrimootor. Elektrienergia ülekanne. Trafod ja kõrgepingeliinid. Vahelduvvooluvõrk. Faas ja neutraal. Elektriohutus. Vahelduvvoolu võimsus aktiivtakistusel. Voolutugevuse ja pinge efektiivväärtused. Elektromagnetlainete rakendused: raadioside, televisioon, radarid, GPS (globaalne punktiseire).

2. 
   Põhimõisted
   

Elektromagnetvõnkumine, vahelduvvool, generaator, elektrimootor, võnkering, trafo, primaarmähis, sekundaarmähis, faasijuhe, neutraaljuhe, kaitsemaandus, võimsus aktiivtakistusel, voolutugevuse ning pinge efektiiv- ja hetkväärtus.

3. 
   Praktilised tööd ja IKT rakendamine
   

Tutvumine trafode ja võnkeringide talitluse ning rakendustega demokatse või arvutimudeli abil.

Tutvumine elektromagnetismi rakendustega interaktiivse õppevideo abil.

4. 
   Lõiming
   

Matemaatika – siinus- ja koosinusfunktsioon

5. 
   Õpitulemused
   

Kursuse lõpul õpilane:

kirjeldab vahelduvvoolu kui laengukandjate sundvõnkumist;

teab, et vahelduvvoolu korral sõltuvad pinge ja voolutugevus perioodiliselt ajast ning et seda sõltuvust kirjeldab siinus- või koosinusfunktsioon;

kirjeldab generaatori ja elektrimootori tööpõhimõtet;

kirjeldab trafot kui elektromagnetilise induktsiooni nähtusel põhinevat seadet vahelduvvoolu pinge ja voolutugevuse muutmiseks, kusjuures trafo primaar- ja sekundaarpinge suhe võrdub ligikaudu primaar- ja sekundaarmähise keerdude arvude suhtega;

arvutab vahelduvvoolu võimsust aktiivtarviti korral ning seletab graafiliselt voolutugevuse ja pinge efektiivväärtuste  ja  U  seost amplituudväärtustega  ja  ; ja ;

kirjeldab võnkeringi kui raadiolainete kiirgamise ja vastuvõtu baasseadet;

kirjeldab elektriohutuse nõudeid ning sulav-, bimetall- ja rikkevoolukaitsme tööpõhimõtet õnnetuste ärahoidmisel;

nimetab elektrienergia jaotusvõrgu ohutu talitluse tagamise põhimõtteid;

kirjeldab elektromagnetismi olulisemaid rakendusi, näiteks raadioside, televisioon, radarid, globaalne punktiseire (GPS).

3. 
   Soojusnähtused
   
   1. 
      Õppesisu
      

Siseenergia ja soojusenergia. Temperatuur kui soojusaste. Celsiuse, Kelvini ja Fahrenheiti temperatuuriskaalad. Ideaalgaas ja reaalgaas. Ideaalgaasi olekuvõrrand. Isoprotsessid. Gaasi olekuvõrrandiga seletatavad nähtused looduses ja tehnikas. Mikro- ja makroparameetrid, nendevahelised seosed. Molekulaarkineetilise teooria põhialused. Temperatuuri seos molekulide keskmise kineetilise energiaga.

2. 
   Põhimõisted
   

Siseenergia, soojusenergia, temperatuur, temperatuuriskaala, makroparameeter, mikroparameeter, gaasi rõhk, ideaalgaas, olekuvõrrand, molaarmass, molekulide kontsentratsioon, isotermiline, isobaariline ja isohooriline protsess.

3. 
   Praktilised tööd ja IKT rakendamine
   

Tutvumine soojusnähtustega arvutimudeli abil.

Lõiming

Geograafia – Maa atmosfäär

Keemia – ainehulga arvutused

Õpitulemused

Kursuse lõpul õpilane

tunneb siseenergia mõistet ning seletab soojusenergia erinevust teistest siseenergia liikidest;

mõistab temperatuuri kui soojusastet, seletab temperatuuri seost molekulide kaootilise liikumise keskmise kineetilise energiaga;

tunneb Celsiuse ja Fahrenheiti temperatuuriskaalasid ning teab mõlemas skaalas olulisi temperatuure;

kirjeldab Kelvini temperatuuriskaalat, oskab üle minna Celsiuse skaalalt Kelvini skaalale ning vastupidi, kasutades seost  T(K) = t (ºC ) + 273 K;

nimetab ideaalse gaasi mudeli  olulisi tunnuseid;

kasutab probleemide lahendamisel seoseid ; ; ;

määrab graafikutelt isoprotsesside parameetreid.

4. 
   Termodünaamika ja energeetika alused
   
   1. 
      Õppesisu
      

Soojusenergia muutmise viisid: mehaaniline töö ja soojusülekanne. Soojusülekande liigid: otsene soojusvahetus, soojuskiirgus ja konvektsioon. Soojushulk. Termodünaamika I printsiip, selle seostamine isoprotsessidega. Adiabaatiline protsess. Soojusmasina tööpõhimõte, soojusmasina kasutegur, soojusmasinad looduses ja tehnikas. Termodünaamika II printsiip. Pööratavad ja pöördumatud protsessid looduses. Entroopia. Elu Maal energia ja entroopia aspektist lähtuvalt. Termodünaamika printsiipide teadvustamise ja arvestamise vajalikkus. Energiaülekanne looduses ja tehnikas. Soojus-, valgus-, elektri-, mehaaniline ja tuumaenergia. Energeetika alused ning tööstuslikud energiaallikad. Energeetilised globaalprobleemid ja nende lahendamise võimalused. Eesti energiavajadus, energeetikaprobleemid ja nende lahendamise võimalused.

2. 
   Põhimõisted
   

Soojushulk, soojusenergia, soojusülekanne, konvektsioon, adiabaatiline protsess, pööratav ja pöördumatu protsess, soojusmasin, entroopia, energeetika.

3. 
   Praktilised tööd ja IKT rakendamine
   

Erinevate ainete soojusjuhtivuse uurimine (osaluskatse).

Tutvumine termodünaamika printsiipidega arvutimudeli abil.

Tutvumine energeetika alustega interaktiivse õppevideo abil.

4. 
   Lõiming
   

Geograafia - energiatööstus

5. 
   Õpitulemused
   

Kursuse lõpul õpilane:

seletab soojusenergia muutumist mehaanilise töö või soojusülekande vahendusel ning toob selle kohta näiteid loodusest, eristades soojusülekande liike;

sõnastab termodünaamika I printsiibi ja seostab seda valemiga ;

sõnastab termodünaamika II printsiibi ja seletab kvalitatiivselt entroopia mõistet;

seostab termodünaamika printsiipe soojusmasinatega;

leiab ideaalse soojusmasina kasuteguri seosest  ja võrdleb tulemust reaalse soojusmasina kasuteguriga;

teab, et energeetika ülesanne on muundada üks energialiik teiseks;

teab, et termodünaamika printsiipidest tulenevalt kaasneb energiakasutusega vältimatult saastumine;

kirjeldab olulisemaid taastumatuid ja taastuvaid energiaallikaid, tuues esile nende osatähtsuse Eestis ja maailmas;

kirjeldab Eesti ja ülemaailmse energeetika tähtsamaid arengusuundi.

5.