Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Рис.8.5. Принципиальная схема тепловой машины 1 – нагреватель; 2 – холодильник; 3 – рабочее тело.

Тепловым двигателем (тепловой машиной) называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу.

Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, и т. д.) конструктивно отличаются друг от друга и имеют сложное устройство. Но принципиальная схема тепловой машины (рис.8.

5) достаточно проста, содержит ряд стандартных элементов и позволяет в рамках термодинамики теоретически анализировать процесс превращения теплоты в механическую работу.

Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом.

В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар).

Рабочее тело получает тепловую энергию в процессе теплообмена с нагревателем, имеющим температуру Т1. Эта температура является начальной температурой рабочего тела.

Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется. Для этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или термодинамический цикл, при котором периодически восстанавливается исходное состояние рабочего тела.

Круговые процессы изображаются на диаграмме (p, V) газообразного рабочего тела с помощью замкнутых кривых (рис.8.6). При расширении газ совершает положительную работу A1, равную площади под кривой abc, при сжатии газ совершает отрицательную работу A2, равную по модулю площади под кривой cda. Полная работа за цикл A = A1 + A2 на диаграмме (p, V) равна площади цикла.

Чтобы полная работа за цикл была положительной, необходимо сжимать рабочее тело при более низкой температуре.

Холодильник — элемент тепловой машины, с помощью которого добиваются снижения температуры рабочего тела перед его сжатием. Совершая круговой процесс, рабочее тело получает от нагревателя некоторое количество теплоты Q1 > 0 и отдает холодильнику количество теплоты Q2 < 0. Полное количество теплоты Q, полученное рабочим телом за цикл, равно

Q = Q1 + Q2 = Q1 – |Q2|. (8.14)

Совершая цикл, рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, следовательно, изменение его внутренней энергии равно нулю (ΔU = 0). Согласно первому закону термодинамики, ΔU = Q – A = 0.

Отсюда следует:

A = Q = Q1 – |Q2|. (8.15)

Работа A, совершаемая рабочим телом за цикл, равна полученному за цикл количеству теплоты Q. Отношение работы A к количеству теплоты Q1, полученному рабочим телом за цикл от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия (КПД) η тепловой машины:

. (8.15)

Рис.8.6
Рис.8.7.

Коэффициент полезного действия указывает, какая часть тепловой энергии, полученной рабочим телом от нагревателя, превратилась в полезную работу. Коэффициент полезного действия тепловой машины всегда меньше единицы (η < 1).

В двигателях, применяемых в технике, используются различные круговые процессы. На рис. 8.7 изображены циклы, используемые в бензиновом карбюраторном двигателе внутреннего сгорания (1) и в дизельном двигателе (2). В обоих случаях рабочим телом является смесь паров бензина или дизельного топлива с воздухом.

Цикл карбюраторного двигателя внутреннего сгорания состоит из двух изохор (1–2, 3–4) и двух адиабат (2–3, 4–1). Дизельный двигатель внутреннего сгорания работает по циклу, состоящему из двух адиабат (1–2, 3–4), одной изобары (2–3) и одной изохоры (4–1).

Реальный коэффициент полезного действия у карбюраторного двигателя порядка 30 %, у дизельного двигателя – порядка 40 %.

Рис8.8.

В 1824 году французский инженер С. Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, который сыграл важную роль в развитии учения о тепловых процессах. Он называется циклом Карно (рис. 8.8).

Цикл Карно совершает газ, находящийся в цилиндре под поршнем. На изотермическом участке (1–2) газ приводится в тепловой контакт с нагревателем, имеющим температуру T1.

Газ изотермически расширяется, совершая работу A12, при этом к газу подводится некоторое количество теплоты Q1 = A12. Далее на адиабатическом участке (2–3) газ продолжает расширяться в отсутствие теплообмена.

На этом участке газ совершает работу A23 > 0.

Температура газа при адиабатическом расширении падает до значения T2. На следующем изотермическом участке (3–4) газ приводится в тепловой контакт с холодильником при температуре T2 < T1.

Происходит процесс изотермического сжатия. Газ совершает работу A34 < 0 и отдает тепло Q2 < 0, равное произведенной работе A34.

Наконец, на последнем участке адиабатического сжатия температура газа повышается до значения T1, газ совершает работу A41 < 0.

Полная работа A, совершаемая газом за цикл, равна сумме работ на отдельных участках:

A = A12 + A23 + A34 + A41 . (8.16)

На диаграмме (p, V) эта работа равна площади цикла.

Как следует из первого закона термодинамики, работа газа при адиабатическом расширении (или сжатии) равна убыли ΔU его внутренней энергии. Для 1 моля газа

A23 = –ΔU = –CV (T2 – T1), (8.17)

где T1 и T2 – начальная и конечная температуры газа.

Отсюда следует, что работы, совершенные газом на двух адиабатических участках цикла Карно, одинаковы по модулю и противоположны по знакам: A23 = –A41.

По определению, коэффициент полезного действия η цикла Карно есть

. (8.18)

С. Карно выразил КПД цикла через температуры нагревателя T1 и холодильника T2:

. (8.19)

Цикл Карно – наиболее эффективный круговой процесс из всех возможных при заданных температурах нагревателя и холодильника. Любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем с температурой T1 и холодильником с температурой T2, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины:

≤. (8.20)

Формула (8.20) дает теоретический предел для макси­мального значения КПД тепловых двигателей. Она пока­зывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холо­дильника.

Но температура холодильника (роль которого обычно играет атмосфера) практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха (Т2 =300К) Температура нагревателя ограничена теплостойкостью материала, из которого сделан нагреватель (Т1=800К). При этих температурах макси­мальное значение коэффициента полезного действия равно:

.

Действительное же значение КПД существующих сегодня тепловых машин существенно ниже. Например, двигатель Дизеля, один из самых экономичных двигателей, имеет КПД равный примерно 44% .

Сейчас основные усилия инженеров направлены на по­вышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности для повышения КПД здесь все еще остаются большими.

Важной проблемой в области использования тепловых двигателей является проблема защиты окружающей среды от вредных выбросов отработанного топлива. Поэтому сегодня актуальной научной и технической задачей является задача создания экологически чистых источников энергии.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/2_58539_teplovie-dvigateli-i-ohrana-okruzhayushchey-sredi.html

Реферат на тему “Вредное воздействие тепловых двигателей и экологические проблемы”

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Введение1. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды2. Экологические проблемы тепловых двигателей3. Факторы отрицательного влияния автомобильного транспорта на человека и окружающую среду4. Методы борьбы с вредными воздействиями тепловых двигателей на окружающую среду5. Выбросы от автотранспорта в атмосферу6. Влияние вредных веществ на организмЗаключение

Список использованных источников

Введение

«Раньше природа устрашала человека, а сейчас человек устрашает природу». –  Жак Ив Кусто

Создание тепловых двигателей – необходимый атрибут современной цивилизации. Данная тема очень актуальна, так как прогресс человечества теснейшим образом связан с развитием энергетики, транспорта.

Автомобильный транспорт играет огромную роль в формировании современного характера расселения людей и распространении туризма, в территориальной децентрализации промышленности и сферы обслуживания.

Овладение новым источником энергии, открытие новых путей её преобразования и использования – это целая эпоха в истории развития цивилизации.

Так, мощный расцвет промышленности в XIX в. был связан с изобретением первого теплового двигателя – паровой машины. Создание двигателя внутреннего сгорания послужило базой для развития автомобильного транспорта и самолётостроение.

Газовая турбина буквально в последние четыре десятилетия вызвала переворот в авиации – замену тихоходных самолётов с поршневым двигателем реактивными и турбовинтовыми лайнерами, скорость которых приближается к скорости звука, а в последнее время – и сверхзвуковыми.

С помощью реактивных тепловых двигателей осуществлена вековая мечта человечества – выход в космическое пространство.

Основная доля электроэнергии вырабатывается тепловыми электростанциями, генераторы которых приводятся в действие паровыми турбинами. На атомных электростанциях энергия, выделяющаяся при ядерных реакциях, также преобразуется сначала в энергию пара, который приводит в движение паровую турбину, а последняя – ротор генератора, в котором вырабатывается ток.

Целью является рассмотреть какое пагубное влияние оказывают тепловые двигатели машины на окружающую среду, какие существуют пути решения этих экологических проблем и какие природоохранные мероприятия необходимо проводить и проводятся для улучшения экологической обстановки в России,а также в других странах мира.

1. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Неуклонный энергетических мощностей- все большее распространение укрощенного огня-приводит к тому, что количество выделяемой кислоты становится сопоставимым с другими компонентами теплового баланса в атмосфере. Это не может не приводить к повышению средней температуры на Земле.

Повышение температуры может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана. Но этим не исчерпываются негативные последствия применения тепловых двигателей.

Растет выброс в атмосферу микроскопических частиц- сажи, пепла, измельченного топлива, что приводит к увеличению «парникового эффекта», обусловленного повышением концентрации углекислого газа в течение промежутка времени. Это приводит к повышению температуры атмосферы.

Выбрасываемая в атмосферу токсические продукты горения, продукты неполного сгорания органического топлива- оказывают вредное воздействие на флору и фауну. Особую опасность в этом отношении представляют автомобили,   число которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена.

Все это создает ряд серьёзных проблем перед обществом.

Необходимо повышать эффективность сооружений, препятствующих выбросу в атмосферу вредных веществ; добиваться более полного сгорания топлива в автомобильных двигателях, а также увеличении эффективности использования энергии, экономии на производстве и в быту.

2. Экологические проблемы тепловых двигателей

ЭКОЛОГЧЕСКИЙ КРИЗИС, нарушение взаимосвязей внутри экосистемы или необратимые явления в биосфере, вызванные антропогенной деятельностью и угрожающие существованию человека как вида. По степени угрозы естественной жизни человека и развитию общества выделяются неблагоприятная экологическая ситуация, экологическое бедствие и экологическая катастрофа

Загрязнения от тепловых двигателей:

  1. Химическое.
  2. Радиоактивное.
  3. Тепловое.

КПД тепловых двигателей < 40%, в следствии чего больше 60% теплоты двигатель отдаёт холодильнику

При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается

Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, азотных, серных и других соединений.

3. Факторы отрицательного влияния автомобильного транспорта на человека и окружающую среду

На сегодняшний день российское автомобилестроение отстает в техническом отношении от мирового уровня. В серийном производстве находятся автомобили, которые проектировались 20-30 лет назад. Технологический уровень производства не позволяет достичь требуемой точности сборки и обработки деталей. Свой вклад в загрязнение ОС вносит низкое качество топлива: около 70% – этилированного бензина.

Среди всех видов транспорта автомобильный наносит наибольший ущерб окружающей среде. В России в местах повышенного загрязнения воздуха проживает около 64 млн. человек, среднегодовые концентрации загрязнителей воздуха превышают предельно допустимые более чем в 600 городах России.

Государственные затраты на охрану природы составляют доли процента бюджета, что в десятки раз меньше аналогичного показателя для развитых стран. Несмотря на обвальное сокращение производства, состояние окружающей природной среды Российской Федерации постоянно ухудшается.

Наиболее значимые факторы отрицательного влияния автомобильного транспорта на человека и окружающую среду следующие:

  • Загрязнение воздуха;
  • Озоновые дыры;
  • Загрязнение Мирового океана;
  • Загрязнение окружающей среды;
  • Шум, вибрация;
  • Выделение тепла (рассеяние энергии), т.е. парниковый эффект.

В настоящее время идет борьба с автомобильной опасностью. Конструируются фильтры, разрабатываются новые виды горючего, содержащие меньше свинца.

Сокращением добавок и переход к бессвинцовому бензину породит ряд технических проблем. Итак, в перспективе можно устранить рассеивание свинца ДВС.

Но останутся другие вредные компоненты ОГ – угарный газ, окислы азота, канцерогенный бенз(а)пирен и т.п.

4. Методы борьбы с вредными воздействиями тепловых двигателей на окружающую среду

  • Один из способов уменьшения путей загрязнения окружающей среды связан с использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца.
  • Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.
  • Другой способ заключается в увеличении КПД тепловых двигателей. В Институте нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН разработаны новейшие технологии превращения углекислого газа в метанол (метиловый спирт) и диметиловый эфир, увеличивающие в 2–3 раза производительность аппаратов при значительном уменьшении электроэнергии. Здесь был создан реактор нового типа, в котором производительность увеличена в 2–3 раза.
  • Снижение вредных выбросов.
  • Контроль за выхлопными газами, модификация фильтров.
  • Сравнение эффективности и экологической безвредности различных видов топлива, перевод транспорта на газовое топливо.

Перспективы использования электрических двигателей, пневмокаров, транспорта на солнечных батареях.

5. Выбросы от автотранспорта в атмосферу

Введение этих технологий снизит накопление углекислого газа в атмосфере и поможет не только создать альтернативное сырьё для синтеза многих органических соединений, основой для которых сегодня служит нефть, но и решить упомянутые выше экологические проблемы.

Угарный газ и окислы азота, столь интенсивно выделяемые на первый взгляд невинным голубоватым дымком глушителя автомобиля – вот одна из основных причин головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности.

Сернистый газ способен воздействовать на генетический аппарат, способствуя бесплодию и врожденным уродствам, а все вместе эти факторы ведут к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию к самым близким людям.

В больших городах также более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования. По расчетам специалистов, «вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет до 90% по окиси углерода и 70% по окиси азота.

Автомобиль также добавляет в почву и воздух тяжелые металлы и другие вредные вещества.

Основными источниками загрязнения воздушной среды автомобилей являются отработавшие газы ДВС, картерные газы, топливные испарения.

6. Влияние вредных веществ на организм

Некоторые компоненты вредных выбросов автомобильного транспорта участвуют в процессах взаимодействия с компонентами воздушной среды, результатом которых является возникновение новых вредных веществ (вторичные атмосферные загрязнители). Загрязнители вступают с компонентами атмосферного воздуха в физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.

Многообразие продуктов выхлопов автомобильных двигателей может быть классифицировано по группам, сходным по характеру воздействия на организмы или химической структуре и свойствам:

1) нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар и углекислый газ, содержание которых в атмосфере в обычных условиях не достигает уровня, вредного для человека;

2) моноксид углерода, наличие которого характерно для выхлопов бензиновых двигателей;

3) оксиды азота (~ 98% NО,~ 2% NO2), которые по мере пребывания в атмосфере соединяются с кислородом;

4) углеводороды (алкин, алкены, алкадиены, цикланы, ароматические соединения);

5) альдегиды;

6) сажа;

7) соединения свинца.

8) серистый ангидрид.

Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов, в том числе от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, температуры и влажности и т.д. Лица пожилого возраста, дети, больные, курильщики, страдающие хроническим бронхитом, коронарной недостаточностью, астмой, являются более уязвимыми.

Среди факторов прямого действия (все, кроме загрязнения окружающей среды) загрязнение воздуха занимает, безусловно, первое место, поскольку воздух – продукт непрерывного потребления организма.

Заключение

Во всех странах мира с развитой промышленностью ведутся работы, направленные на снижение и ликвидацию последствий загрязнения воздуха. Основные усилия направлены на предупреждение выбросов загрязнений в атмосферу.

На всех действующих и новых теплоцентралях и тепловых электростанциях устанавливают газоочистное и пылеулавливающее оборудование. Предпринимаются меры по рациональному размещению тепловых электростанций.

Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию..

Чтобы уменьшить негативные последствия работы тепловых двигателей, действуют в двух направлениях: с одной стороны, совершенствуют эти двигатели, повышая их КПД и уменьшая выброс вредных веществ, с другой стороны — используют энергосберегающие технологии.

В странах, где эти технологии разрабатываются и применяются, потребление энергии на производство той же самой продукции в несколько раз ниже, чем в странах, которые только сейчас начинают уделять внимание энергосберегающим технологиям.

Таким образом, нельзя сказать, что вопросу загрязнения транспортом не уделяется никакого внимания.

Все больше обычные поезда заменяются электровозами, разрабатываются и уже выпускаются автомобили на аккумуляторных батареях, при современных темпах прогресса можно надеяться на то что вскоре появятся и экологически чистые авиационные и ракетные двигатели. Правительства принимают решения против загрязнения планеты. Об этом свидетельствует и принятая декларация.

Охрана природы – задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей окружающей среде, но до сих пор многие из нас считают их неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справиться со всеми выявившимися затруднениями.

Список использованных источников

1. А. С. Енохович, хрестоматия по физике – М.: Просвещение, 19992. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: – М., Высшая школа., 1989.3. Кабардин О. Ф. Физика: Справочные материалы: Просвещение 1991.

4. Интернет–ресурсы.

Реферат на тему “Вредное воздействие тепловых двигателей и экологические проблемы” обновлено: 10 января, 2019 автором: Научные Статьи.Ру

Источник: https://NauchnieStati.ru/bank/primery/referat-na-temu-vrednoe-vozdejstvie-teplovyh-dvigatelej-i-jekologicheskie-problemy/

Урок по теме:

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Цели урока:

Образовательные – рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей; выяснить роль тепловых двигателей в жизни мирового сообщества;

Развивающие – совершенствовать интеллектуальные способности и мыслительные умения учащихся; формировать представление о процессе научного познания;

Воспитательные – прививать культуру умственного труда; раскрыть сущность экологических проблем и убедить учащихся в жизненной важности бережного отношения к окружающей нас природе.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Эпиграф:

Жак Ив Кусто: «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек устрашает природу».

Ход урока

  1. Организационный момент

  2. Подготовка к усвоению нового материала

а) мотивация

Мощный расцвет промышленности в XIX в был связан с изобретением первого теплового двигателя внутреннего сгорания послужило базой для развития автомобильного транспорта.

В нем дикая,

страшная сила

Гнездится –

она называется –

«пар»

В.Г.Бенедиктов

б) Актуализация опорных знаний учащихся(повторить и углубить знания, необходимые для усвоения нового материала)

1 вопрос: Тепловые машины (определение, основные части, КПД).

2 вопрос: Виды тепловых двигателей, принцип работы ДВС.

Дополнительный материал. Подготовлен Айдовым А. Приложение 1

  1. Освоение нового материала.

Тема нашего урока – тепловые двигатели и охрана окружающей среды.

формулировка цели урока.

Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Все они при работе выделяют большое количество теплоты и выбрасывают в атмосферу вредные для растений и животных химические соединения. Это ставит серьезные проблемы охраны окружающей среды.

Наша цель раскрыть сущность экологических проблем; научить видеть физику в окружающем мире.

Тепловыми двигателями называют машины, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую.

ТД чаще всего используют на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока (около 80% всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях).
Паровые турбины устанавливают на атомных электростанциях.

На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном — поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном — ДВС и паровые турбины; на ж/д — тепловозы с дизельными установками; в авиации — поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели.

Использование тепловых двигателей позволило человеку увеличить власть над природой. В этом есть плюсы и минусы. Скажите, какие негативные последствия возникают при использовании тепловых двигателей.

— Загрязнение атмосферы;

— шумовые загрязнения;

— проблемы утилизации отработанных автомобилей;

— загрязнение почвы;

— повышение температуры атмосферы.

Известно, что более 60 млн. тонн вредных веществ выбрасывают в атмосферу ежегодно наши промышленные предприятия, около 37 млн. тонн таких веществ попадает в нее вместе с выхлопными газами автотранспорта, примерно 30 млрд.

м3 воды, загрязненной промышленными и бытовыми отходами, стекает в реки, озера, моря. В более чем 100 городах, где проживает приблизительно 50 млн.

человек, предельно допустимые концентрации вредных веществ, превышены в 10 (и больше!) раз.

— Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, способного поглощать тепловое инфракрасное излучение поверхности Земли. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к повышению ее температуры (парниковый эффект). Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофическое повышение уровня Мирового океана.

— при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

— При сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека.

Особое место в экологическом загрязнении занимает транспорт. Один легковой автомобиль в среднем в год потребляет около 4 тонн кислорода, а выбрасывает в атмосферу около 40 кг окиси азота и почти 200 кг различных углеводородов. В этом наборе весьма коварна окись углерода.

Из-за высокой токсичности её допустимая концентрация в атмосферном воздухе не должна превышать 1 мг/м3. Известны случаи трагической гибели людей, запускавших двигатели автомобилей при закрытых воротах гаража.

В одноместном гараже смертельная концентрация окиси углерода возникает уже через 2-3 минуты после включения стартера. В холодное время года, остановившись для ночлега на обочине дороги, неопытные водители иногда включают двигатель для обогрева машины.

Из-за проникновения окиси углерода в кабину такой ночлег может оказаться последним.
За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года.

Одна тонна бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг вредных веществ.

Если двигатель машины работает на бензине, с добавлением свинца, то они загрязняют почву этим тяжелым металлом вдоль дороги в полосе шириной 50-100 м, а если дорога идет вверх, и двигатель работает с нагрузкой, то загрязненная полоса имеет ширину до 400 м! Свинец, загрязняющий почву, накапливается растениями, которыми питаются животные. С молоком и мясом металл попадает в организм человека и может стать причиной тяжелых болезней.

Отработавшие газы автомобильных двигателей оказывают вредные влияния на весь организм человека, воздействуют на органы обоняния, вызывают раздражение глаз, верхних дыхательных путей, обострение легочных и других хронических заболеваний, в некоторых случаях могут привести к серьёзным отравлениям.

Экологические последствия работы тепловых двигателей.

Интенсивное использование тепловых машин на транспорте и в энергетике ощутимо влияет на биосферу Земли. Хотя о механизмах влияния жизнедеятельности человека на климат Земли идут научные споры, многие ученые отмечают факторы, благодаря которым может происходить такое влияние:

  1. Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу (канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания).

  2. Парниковый эффект – повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере. Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов.

  3. Разрушение озонового слоя при полетах самолетов и запусках ракет. Озон верхних слоев атмосферы защищает все живое на Земле от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.

Обратить внимание на эпиграф.

Вопрос: Какой выход из создающегося экологического кризиса?

Что делать? Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены скоростного транспорта.

В связи с этим весьма важной стала проблема охраны природы. Для охраны окружающей среды необходимо обеспечить:

  1. эффективную очистку выбрасываемых в атмосферу отработанных газов;

  2. использование качественного топлива, создание условий для более полного его сгорания;

  3. повышение КПД тепловых двигателей за счет уменьшения потерь на трение и полного сгорания топлива и др.

  4. использование альтернативных источников энергии (солнечные батареи и обогреватели)

  5. использование альтернативных средств транспорта (электромобили, велосипеды и др.).

Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды — использование в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца.

Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются газовые приборы. Доклад Козловой О.

Перспективными с точки зрения экологии являются электромобили, в которых вместо бензиновых двигателей используется электродвигатель.Доклад Макаровой В.

Представим себе, что в следующем году все мы пересядем на электромобили.

Выполнимо ли это? Нет! Где мы их возьмём? Ведь надо создать целую отрасль промышленности! Кроме того, если все автомобили перевести на электротягу, на всей планете не хватит электричества для зарядки аккумуляторов. Значит надо строить новые электростанции.

Ведь сегодня большую часть энергии, до 80%, вырабатывают ТЭС, сжигающие уголь, мазут и выбрасывающие в атмосферу немало вредных веществ, так что «экологически чистый» автомобиль будет отнюдь не таким чистым.

Создание транспортных средств на солнечной энергии связано с меньшим количеством проблем, чем создание электромобиля. Доклад Борисовой А.

Самый первый автомобиль на солнечных батареях был создан в 50-х годах прошлого века. С тех пор и инженеры, и дизайнеры довольно значительно продвинули вперед развитие техники на солнечной энергии. 

На сегодняшний день есть разные средства передвижения, которые приводятся в действие за счет энергии, получаемой от солнечных батарей.

В частности, созданы автомобили, которые ездят за счет солнечной энергии, есть солнечные автобусы, а также поезда и водный транспорт и даже летательные аппараты, функционирующие на энергии, получаемой от солнца.

  Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез конкурировать с автомобильным, когда эффективность доступных по цене солнечных элементов составит 40-50%. Пока же их КПД всего 10-12%.

      Большие перспективы в развитии транспортных средств связывают с применением линейных электродвигателей в поездах на магнитной или воздушной подвеске.

В этом случае решается несколько задач: в качестве двигателя используется линейный асинхронный электродвигатель, роль движителя выполняет бегущее электромагнитное поле, вместо опоры на колеса магнитное поле. Экологичность такого транспорта обусловлена отсутствием вредных выбросов в атмосферу, шума, вибраций.

Такой транспорт имеет более высокий КПД, поскольку практически отсутствует механическое трение в двигателе, меньше материалоемкость и энергоемкость. Сооружение такой линии на эстакаде может вернуть сельскому хозяйству значительные земли, занятые под железнодорожное полотно.

Трудности в развитии монорельсового транспорта связаны с необходимостью установки тяжелых электромагнитов для обеспечения магнитной подвески и рассеяния энергии из-за тепловых потерь. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости вселяет надежду на преодоление этих трудностей.

Наиболее экологическим топливом является водород – для его получения можно использовать обыкновенную воду: 2Н2О=2Н2+О2.Интерес к водородному топливу объясняется еще тем, что в отличие от других это самый распространённый в природе элемент.
На это указывал еще Жюль Верн в своём романе «Таинственный остров».

Водород не ядовит, при сгорании образует только воду – экологически чистое вещество. При сгорании одного моля водорода выделяется тепла в три раза больше, а при сгорании атомарного водорода – в восемь раз больше, чем при сгорании такого же количества бензина. Трудность состоит в промышленной технологии разложения воды.

Водород – топливо будущего.

Защита окружающей среды – дело каждого, и каждый может и должен принять в нем посильное участие.

Ведь, по словам писателя С. П. Залыгина, «отношение человека к окружающей среде — это уже и сам человек, его характер, его философия, его душа, его отношение к другим людям».
Человек должен понять, что жизнь на Земле зависит от его отношения к природе, от гармонии между ними.

Поэтому всем вам необходимо задуматься над вопросом: автомобиль – это добро или зло? Решение этой проблемы в первую очередь зависит от нас с вами. 

  1. Закрепление нового материала

Итак, попробуем ответить на вопросы:

  1. Позвольте предложить вам несколько задачек из жизни.

Ситуационные задачи.

  1. Вы покупаете автомобиль. Один стоит 300 тыс. рублей, другой, внешне такой же стоит 330 тыс. рублей. Выясняете у продавца – почему такая разница в стоимости. Оказывается, первый продается без каталитического нейтрализатора, второй с каталитическим нейтрализатором. На каком остановите выбор?

  2. Вы долго добирались из пыльного города до красивого, чистого уголка. Ваш грязный, пыльный автомобиль ужасно дисгармонирует с тем видом, который перед вами открылся. Вам хочется внести гармонию в природу. Какие возникают желания?

  3. Вы — владелец автомобиля. Ваш выбор – автомобиль под окном на газоне, либо через квартал на платной автостоянке?

VI. Подведение итогов урока

VII. Домашнее задание.

§ 75-82, тесты. Подготовить доклад на тему: «Использование энергии Солнца на Земле».

Литература

  1. Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 165.

  2. https://ru.wikipedia.org/wiki/

5

Источник: https://multiurok.ru/files/urok-po-tiemie-tieplovyie-dvighatieli-i-okruzhaiushchaia-srieda.html

Цикл Карно

Тезис о том, что для выполнения работы в замкнутом цикле должны присутствовать два тела, имеющие разные температуры: $T_1$ и $T_2$, называют принципом Карно.

В первой половине XIX века Н. Карно показал, что максимальная механическая работа получается в термодинамическом цикле, который состоит из пары изотерм и пары адиабат. Тепловой двигатель, который работает в соответствии с циклом Карно, назвали машиной Карно.

Коэффициент полезного действия такого цикла зависит только от температуры нагревателя ($T_1$) и холодильника ($T_2$):

$\eta=\frac{T_1-T_2}{T_1}(2).$

Не существует тепловой машины, температура нагревателя которой $T_1$ , а холодильника $T_2$, КПД которой больше, чем КПД машины Карно. Из уравнения (2) следует, что КПД цикла Карно не зависит от вида рабочего тела.

Единственным способом увеличения эффективности теплового двигателя, как видно из (2) является увеличение разности температур нагревателя и холодильника:

$ \Delta T=T_1-T_2$.

Часто в тепловых двигателях холодильником является окружающая среда, следовательно, для увеличения эффективного двигателя необходимо увеличивать температуру нагревателя, то есть создавать, например, для двигателей внутреннего сгорания смеси, выделяющие максимальное количество теплоты.

В действительности идеальный цикл Карно выполнить не удается.

  1. Так как практически сложно выполнить строго изотермический и адиабатный процессы.
  2. Большая часть энергии уходит на трение, при котором тепловая энергия излучается в окружающее пространство.

КПД паровых турбин на сегодняшний момент составляет около 40%.

Загрязнение атмосферы

Тепловые двигатели используют для того, чтобы получать дешевую эклектическую и механическую энергию. В соответствии законами термодинамики производство полезной работы не возможно без отвода в окружающую среду большого количества теплоты, что ведет к повышению средней температуры на нашей планете.

Быстрый рост автомобильного транспорта увеличил массу выбросов в атмосферу выхлопных газов. В промышленно развитых городах до 70% выбросов связано с транспортом.

Больший вклад в загрязнении атмосферы делают бензиновые автомобили, далее идут самолеты, автомобили с дизельными двигателями, сельскохозяйственный транспорт и железнодорожный транспорт.

Основными веществами, которыми загрязнет транспорт атмосферу, являются:

  • оксиды углерода;
  • оксиды азота;
  • углеводороды.

Проблемы энергетики

Проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды, вызванным активным ростом энергетики, касаются всех стран и народов нашей планеты. С другой стороны, энергия обеспечивает развитие цивилизации и жизнь каждого человека в наше время.

Факторами, которые негативно воздействуют на окружающую среду при эксплуатации тепловых двигателей, являются:

  1. Загрязнение продуктами сгорания; сточные воды; твердые отходы (шлаки, зола).
  2. Тепловое загрязнение (тепловые воздушные потоки, отвод тепла водой).
  3. Радиоактивное загрязнение (при использовании ядерного топлива).
  4. Электромагнитные воздействия.
  5. Шумовые загрязнения.
  6. Изъятие из использования территорий при строительстве крупных энергетических комплексов.

Замечание 2

На сегодняшний день большую часть энергии в мире получают при сжигании органического топлива.

Основными факторами воздействия теплоэлектрических станций (ТЭС) на окружающую среду можно считать потребление природных ресурсов, таких как нефть, уголь, газ.

Сжигание топлива на ТЭС ведет к превращению всей их массы в отходы, при этом продукты сгорания в несколько раз превышают массу использованного топлива из-за включения кислорода и азота из воздуха.

Все сжигающие топливо установки каждый год поставляют в атмосферу более 200 млн. тонн оксида углерода, 50 млн. тон разных углеводородов, 150 млн. тонн двуокиси серы, более 50 млн. тонн окислов азота. В суммарном загрязнении атмосферы отходами производства, отходы теплоэнергетики составляют:

  • 20-35% пыли;
  • до 50% диоксида серы;
  • 30-35% окислов азота.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/teplovye_dvigateli/teplovye_dvigateli_i_ohrana_okruzhayuschey_sredy/

Booksm
Добавить комментарий