Τι είναι το Μοντέλο Μεταφοράς Ενέργειας (Μο.Μ.Ε.)
Με τον όρο «Μοντέλο Μεταφοράς Ενέργειας», ή Mο.M.E. εν συντομία, εννοείται ένα σύνολο ιδιοτήτων, αρχών και νόμων που διέπουν την έννοια της ενέργειας σε εννοιολογικό, επιστημολογικό, διδακτικό και λειτουργικό επίπεδο. Το προτεινόμενο μοντέλο, για την δημιουργία του οποίου ελήφθησαν υπόψη τα πορίσματα και οι προτάσεις της ελληνικής και διεθνούς βιβλιογραφίας, αποτελεί μια δημιουργική και πρωτότυπη σύνθεση των απόψεων και προτάσεων που έχουν διατυπωθεί τις τελευταίες δεκαετίες στο χώρο της διδακτικής των Φυσικών Επιστημών, γενικότερα, και της έννοιας της ενέργειας, ειδικότερα.
Μια από της κεντρικές ιδέες του μοντέλου αποτελεί η έννοια της «μεταφοράς» ενέργειας, μια έννοια για την οποία αρκετοί ερευνητές των Φυσικών Επιστημών τόνισαν την σημασία της και τη λειτουργικότητα της. Στο πλαίσιο του Mο.M.E., η έννοια της «μεταφοράς» ενέργειας αναδεικνύεται κυρίαρχη έννοια, ενώ υποβαθμίζονται οι έννοιες «μετατροπή» και «μορφές» ενέργειας και προτείνεται η κατάργηση τους ως έννοιες που περισσότερο σύγχυση προκαλούν, παρά προσφέρουν ουσιαστικότερη κατανόηση των φαινομένων και των διαφόρων αλλαγών που τα συνοδεύουν.
Λαμβάνοντας υπόψη τις θεωρητικές εργασίες και εμπειρικές έρευνες που συνδέουν την ενέργεια με τις διάφορες μεταβολές που παρατηρούνται στη φύση, προτείνεται η σύνδεση της ενέργειας με τις αλλαγές, με ένα συγκεκριμένο τρόπο, ο οποίος απαντά άμεσα στο ερώτημα που αφορά την φύση της ενέργειας, ενώ συνδέεται έμμεσα με τις βασικές αρχές της, που είναι η διατήρηση και διασπορά της.
Η Αρχή Διατήρησης της ενέργειας (Α.Δ.Ε) επεκτείνεται και συμπληρώνεται με την αρχή της διασποράς της, που είναι ο διδακτικός μετασχηματισμός του 2ου θερμοδυναμικού νόμου. Η ενοποίηση αυτή, που υπάρχει στο επίκεντρο του προβληματισμού της διδασκαλίας της έννοιας της ενέργειας αρκετές δεκαετίες οδηγεί στην Γενικευμένη Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας (Γ.Α.Δ.Ε). Η ιδέα του διαχωρισμού της ενέργειας σε διαθέσιμη ή χρήσιμη και διασπειρόμενη αποτελεί την πρόταση του Μο.Μ.Ε. για γεφυροποίηση της φαινομενικής αντίφασης που υπάρχει μεταξύ της επιστημονικής χρήσης της έννοιας (η ενέργεια διατηρείται) και αυτής που χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή (η ενέργεια παράγεται και καταναλώνεται).
Ακόμη, αυτός ο διαχωρισμός βοηθά στην κατανόηση της έννοιας της απόδοσης, μιας έννοιας που αναφέρεται συχνά σε κοινωνικοεπιστημονικά θέματα που σχετίζονται με την ενέργεια, όπως είναι η κατανάλωση καυσίμων, η ελάττωση των ορυκτών καυσίμων κ.λπ. Η συνεισφορά του Μo.Μ.Ε. στην κατανόηση της έννοιας της απόδοσης έρχεται να προστεθεί στον προβληματισμό και στις σχετικά λίγες έρευνες που έχουν γίνει γύρω από τη διδασκαλία της.
Ιδιαίτερη, επίσης, έμφαση δίνεται στην σημαντική έννοια της ισχύος, η οποία, αν και οι δυσκολίες στη διδασκαλία της είναι γνωστές, δεν έχει τη θέση που της αρμόζει στην παραδοσιακή διδασκαλία των ενεργειακών θεμάτων.
Στο παρόν άρθρο παρουσιάζονται εν συντομία οι βασικές αρχές και η ορολογία του Μο.Μ.Ε. και μια πρωτότυπη πρόταση διδασκαλίας της έννοιας της βαρυτικής δυναμικής ενέργειας στο πλαίσιο του Μο.Μ.Ε. Σε επόμενο άρθρο θα περιγραφούν με λεπτομέρειες και θα τεκμηριωθούν θεωρητικά και πρακτικά οι καινοτόμες ιδέες που χρησιμοποιήθηκαν στην συγκρότηση του.
Συνοπτική περιγραφή του Μο.Μ.Ε.
Σύμφωνα, λοιπόν, με το Μοντέλο Μεταφοράς Ενέργειας, η ενέργεια θεωρείται ότι είναι εντοπισμένη «κάπου» και, όταν συμβαίνει «κάτι» ή παρατηρείται κάποια κατάλληλη αλλαγή, αυτή (η ενέργεια) μεταφέρεται με κάποια διαδικασία από το ένα μέρος στο άλλο. Τυπικά παραδείγματα είναι οι εκφράσεις: «Η ενέργεια της μπαταρίας μεταφέρεται στη λάμπα με το ηλεκτρικό ρεύμα (ηλεκτρικά) και από τη λάμπα στο περιβάλλον με το φως και με τη θέρμανση (θερμικά)» ή «Η ενέργεια από τον ήλιο μεταφέρεται στα φυτά με ακτινοβολία.» κ.λπ.
Η προσέγγιση του Μο.Μ.Ε. εστιάζει σε ερωτήσεις, όπως :
Που ήταν η ενέργεια στην αρχή και στο τέλος του φαινομένου; και Πώς πήγε εκεί;
Στην ορολογία της «μεταφοράς» ενέργειας τρεις είναι οι βασικές έννοιες – κλειδιά :
- Οι αποθήκες ή πηγές ενέργειας (αποθήκευση ενέργειας)
- Οι τρόποι μεταφοράς ενέργειας (μεταφορά ενέργειας)
- Οι εναλλάκτες ενέργειας (αλλάζουν τον τρόπο μεταφοράς ενέργειας).
Επίσης σε κάθε μεταφορά ενέργειας από το ένα μέρος στο άλλο, ένα ποσό θα διασπείρεται στο περιβάλλον και θεωρείται μη διαθέσιμη ενέργεια, σε αντίθεση με την ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευμένη σε μέρη που μπορεί να αξιοποιηθεί ή να μεταφερθεί και θεωρείται διαθέσιμη.
Βασικές αρχές του Μοντέλου
- Ενέργεια: μια μετρήσιμη οντότητα αποθηκευμένη σε ενεργειακές αποθήκες ή πηγές. Δεν υπάρχουν μορφές και μετατροπές ενέργειας, αλλά διαφορετικοί τρόποι αποθήκευσης της (κινητικά αποθηκευμένη, χημικά αποθηκευμένη κ.λπ.)
- Η φύση της παραμένει ή ίδια, αλλάζει ο τρόπος μεταφοράς και αποθήκευσης.
- Κατά τη μεταφορά και αποθήκευσή της, η ενέργεια προκαλεί διάφορες αλλαγές στους ενεργειακούς δείκτες που συνδέονται με τα σώματα ή συστήματα από τα οποία προέρχεται, ή με αυτά στα οποία μεταφέρεται: π.χ. η κινητικά αποθηκευμένη ενέργεια συνδέεται με την ταχύτητα, η δυναμικά αποθηκευμένη με το ύψος, η θερμικά αποθηκευμένη με τη θερμοκρασία κ.λπ.. Αυτή ακριβώς η ιδιότητα της να προκαλεί αλλαγές αποτελεί και τον πυρήνα του ορισμού της.
- Υπάρχουν 5 τρόποι για μεταφορά της ενέργειας: Μηχανικά (έργο δύναμης), Ηλεκτρικά (ηλεκτρικό ρεύμα), Θερμικά (θέρμανση), Κυματικά (ακτινοβολία, ήχος), Μαζικά (μεταφορά μάζας).
- Εναλλάκτες: αλλάζουν τον τρόπο μεταφοράς της ενέργειας. Π.χ. ο κινητήρας αλλάζει τον τρόπο μεταφοράς της ενέργειας από ηλεκτρικά σε μηχανικά.
- Η ενέργεια διακρίνεται σε: Διαθέσιμη και Διασπειρόμενη. Η διαθέσιμη είναι αυτή που είναι αποθηκευμένη σε διάφορα σώματα ή συστήματα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μελλοντικά, για να προκαλέσει αλλαγές π.χ. η ενέργεια του συμπιεσμένου ελατηρίου κ.λπ., ενώ διασπειρόμενη είναι η ενέργεια που μεταφέρεται στο περιβάλλον και δεν μπορεί να προκαλέσει άλλες αλλαγές (να χρησιμοποιηθεί).
- «Η διαθέσιμη ενέργεια μειώνεται» (Αρχή Διασποράς Ενέργειας)
- «Το σύνολο της ενέργειας (διαθέσιμης και διασπειρόμενης) παραμένει σταθερό» (Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας)
- Σημαντικές έννοιες είναι ο ρυθμός μεταφοράς ενέργειας (Ισχύς) και η απόδοση.
Παράδειγμα εφαρμογής του μοντέλου αποτελεί το άναμμα μιας λάμπας από μπαταρία που βρίσκεται στο διαδραστικό βιβλίο Φυσικής της Β’ Γυμνασίου.
Αφήστε μια απάντηση