Экологические последствия работы теплового двигателя

Тепловой двигатель – устройство, превращающее тепловую энергию в механическую. Древнегреческий учёный Герон Александрийский ещё в первом веке до н. э. описал в трактате «Пневматика» паровую турбину, которую назвал шаром Эола. Во втором веке появились первые примитивные устройства в Риме. Реактивный двигатель известен человечеству с далёких времён. Он применялся для образования реактивных снарядов и фейерверков в Китае и других азиатских государствах в XIII веке. Современные тепловые двигатели начали появляться в конце XVIII века. И. Ползунов — изобретатель из Алтая в 1764 году предложил проект первого аппарата в мире, который использовал горячий пар для превращения теплоты в механическую энергию. Испытания установки были успешно завершены в конце 1765 года. Машина была работоспособной, но широкого применения не получила. Патентное право на паровой агрегат не был оформлен. Сегодня изобретателем первой паровой установки считается Джеймс Уатт – изобретатель из Англии.

Для работы двигателя нужна разность давлений по обе стороны поршня двигателя. Она создаётся при нагревании рабочего тела (сгорание топлива). После повышения температуры на сотни градусов, газ, обладая достаточной внутренней энергией, расширяется и совершает работу. Пока не охладится до температуры окружающей среды.

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 ($T_2$):

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:

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.

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

КПД паровых турбин на сегодняшний момент составляет около 40%.

Виды тепловых двигателей:

Двигатель Стирлинга — тепловой агрегат, принцип действия которого заключается в круговороте газообразного или жидкого рабочего тела в замкнутом пространстве. Само вещество периодически охлаждается и нагревается. Работа совершается при изменении объёма рабочего тела.

Паровая машина, при её применении не используется редуктор. В качестве тягового двигателя она лучше двигателя внутреннего сгорания. К недостаткам устройства относятся: вес аппарата, небольшая скорость, низкий КПД, постоянное применение воды и топлива.

Двигатель внутреннего сгорания, во время его работы часть сгорающего топлива преобразуется в работу. ДВС классифицируют в зависимости от:

потреблённого топлива (бензин, бутан, солярка, пропан, солярка, метан);
приготовления смеси (инжектор, карбюратор, дизель);
цикла работы (2–4 тактные моторы);
превращение энергии (поршень, турбина или комбинация).

Читать еще: Этапы работы четырехтактного двигателя

Э. Ленуар в 1860 году создал первый ДВС. Четырёхтактный двигатель применяют в автомобилях.

Турбовинтовые двигатели — тип газотурбинного двигателя, в котором основная часть энергии горячих газов используется для привода воздушного винта через понижающий частоту вращения редуктор, и лишь небольшая часть энергии составляет выхлоп реактивной тяги.

Пути их решения

Решение проблем с пагубным воздействием тепловых механизмом включает:

Модификацию уже существующих тепловых машин до состояния с максимально возможным сгоранием топлива и незначительными выбросами в атмосферу.
Обновление и улучшение систем фильтрации, которое направлено на вторичное применение выхлопных газов. На этом принципе основывается создание тепловых двигателей с замкнутым циклом.
Вынесение предприятий теплоэнергетики за пределы населенных пунктов. Конечно, выделение токсинов в атмосферу не уменьшится, но их концентрация в городах упадет.
Отказ от применения каменного угля в пользу природного газа, который выделяет меньше сажи и прочих вредных веществ.
Жесткий контроль качества моторного топлива. Многие страны уже запретили продавать бензин со свинцом.
Правильную организацию дорожного движения. Оказалось, что большая часть выбросов происходит во время дорожных заторов.
Применение альтернативной энергии, которая не связана с непосредственным горением топлива любого вида. Так, ТЭС заменить можно солнечными панелями, а дизельные и бензиновые авто – электрокарами.

Каменный уголь заменить можно и водородом, но технология его получения и использования до конца не разработана.

Необходимо понимать, что природу нужно беречь, в противном случае это чревато печальными последствиями. Проблемы в экологии, которые связаны с использованием тепловых двигателей, постоянно увеличиваются, поэтому необходимо их заменить, т. к. довольно плохо сочетаются подобные механизмы с охраной окружающей среды. Но для этого требуется большие затраты и немало времени.

Негативное влияние на экологию

Вред тепловых двигателей на окружающую среду бесспорный. Безусловно, единичный тепловоз, передвигающийся между населенными пунктами, не представлял опасность. Но человечество развивается, что требует увеличения парка паровозов. Они загрязняли атмосферу с образованием дымных смогов. При этом дополнительный негативный эффект определялся составов дыма. Она содержала мелкодисперсную угольную пыль, которая оседала в легких человек.

Химический коктейль современного транспорта гораздо сложнее. За счет сгорания дизельного топлива, бензина, керосина, мазута появляются соединения, действующие на экологию и человека губительно. При этом если воздействие отдельных компонентов изучено, то комплексное влияние сильнее, сложнее устраняется. Загрязненный воздух поражает легкие, вызывая аллергические и обструктивные изменения. Канцерогенный эффект проявляется ростом онкологических заболеваний.

Экологические проблемы использования тепловых машин – кислотные дожди, разрушение озонового слоя, парниковый эффект. И это далеко не весь перечень.

ТОГБОУ «Жердевская школа-интернат» Адрес: 393670, Тамбовская обл.г.Жердевка пер.Серова д.1 Тел: 47535-51571; 47535-51580 Email : ch-internat@rambler.ru Адрес: 393670, Тамбовская обл.г.Жердевка пер.Серова д.1 Тел: 47535-51571; 47535-51580 Email : ch-internat@rambler.ru

Исследовательский проект «Тепловые двигатели и экология». Участники проекта: Трунов С, Антипова С., Потапова С., Иванова А.

Основополагающий вопрос: Цель исследования: Выяснить, какую роль играют тепловые машины в жизни человека, и попытаться наметить выход из сложившейся в мире тяжёлой экологической ситуации, связанной с их использованием. «Если выбросы токсичных веществ – это неизбежность в работе автотранспорта то, как их можно уменьшить?»

Задачи проекта Выяснить, как зависит загрязнение атмосферного воздуха от интенсивности движения автотранспорта. Произвести расчёты количества токсичных продуктов, образующихся при работе автотранспорта. Узнать, как минимизировать влияние тепловых двигателей на окружающую среду.

Гипотеза В процессе работы многочисленных тепловых машин возникают тепловые потери, которые, в конечном счете, приводят к повышению внутренней энергии атмосферы, т. е. к повышению ее температуры. Это может привести к таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, а вместе с тем к глобальному изменению природных условий. При работе тепловых установок и двигателей в атмосферу выбрасываются вредные для человека, животных и растений оксиды азота, углерода и серы.

Ход исследования Подсчитать количество машин на участке дороги Используя таблицу, подсчитать сколько токсичных продуктов выделяется в окружающую среду за 1час, за 1 сутки, за 1 месяц.

Результаты исследований: Подсчитали количество машин на участке дороги: 1час — 30 машин 1 сутки — 720 машин 1 месяц — 21600 машин

Загрязнитель Удельный выброс двигателя, г/кВтч Оксид углерода 1,0 Оксиды азота 18,0 Пары СН 2,5 Бензопирен 150000 Сажа 16 Таблица выбросов токсичных веществ в атмосферу

Результаты исследования Результаты исследования в рамках практической деятельности За 1 час в атмосферу выделяется 4500 кг токсичных веществ, за 1 сутки — 108000кг, за 1 месяц — 3240000кг, а за 1 год.

Нужно задуматься, ведь или люди сделают так, чтобы в воздухе было меньше дыма, или дым сделает так, что на Земле станет меньше людей. Из исследования видно, что экологическая обстановка в Жердевке довольно сложная. Для подтверждения этих слов мы не будем приводить какие-то цифры, а просто поделимся некоторыми своими наблюдениями. Возвращаясь из поездки на природу в город, мы чувствуем, что нам стало труднее дышать. Природные газы, примеси CO2, содержащиеся в атмосфере, сконцентрировались, и в результате на улицах района Сахарного завода очень часто стоит неприятный запах. Эти примеры достаточно ясно характеризуют нынешнюю экологическую обстановку в городе. Необходимо принимать меры по её улучшению.

Что же нужно сделать, что бы наш родной город стал чистым и красивым? 1. Озеленение города. Растения поглощают углекислый газ, выделяют кислород. 2. Уничтожение пустырей, что способствует уменьшению выветривания почв, а следовательно, содержание пыли в воздухе уменьшается. 3. Проводить техосмотр автомобилей 2 раза в год, так как от состояния двигателя зависит количество вредных веществ, выбрасываемых автомобилем в атмосферу. 4. Сделать более доступным ремонт автомобиля. 5. Ужесточить санкции по отношению к нарушителям .

Выводы Проведя работу, мы увидели, что без ДВС можно обойтись. Нужно всего лишь заменить автобусы и маршрутные такси на троллейбусы и трамваи. А в качестве индивидуального транспорта, как это ни парадоксально, использовать велосипед. Конечно, автомобиль гораздо комфортнее и удобнее, но представьте, что вам придется выбирать между велосипедом и тем вредом, который причиняется нашему здоровью выхлопными газами. Мы думаем, что большинство выберет велосипед. Из своей работы мы сделали вывод, что с изобретением тепловых двигателей власть человека над природой увеличилась. Но человек — часть природы, поэтому, что бы жить на Земле без страха за своё будущее, за своё здоровье, любоваться красотами природы, нужно беречь наш дом, иначе можно погибнуть

Литература 1. Б.Ф.Билимович. Тепловые явления в технике, М.: «Просвещение»,1981. 2. Экология. Энциклопедия для детей, М.: «Просвещение»,1981. 3.Н.С. Пурышева, Н.Е.Важеевская, В.М.Чаругин, Физика. Учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений, М.: «Дрофа»,2010 .

Выводы

Ни для кого не секрет, что на сегодняшний день экологическое состояние нашей планеты плачевное. Но неправильно будет и говорить, что технологии стоят на месте. Нет, этого утверждать нельзя. С каждым годом все больше внимания уделяется решению проблемы загрязнения окружающей среды. Обратите внимание на то, что все большее количество поездов заменяют обычные электровозы. Также большую популярность набирают электроавтомобили. В современную промышленность внедряется все большее количество современных технологий. Существует огромная вероятность, что уже очень скоро мир увидит экологические безопасные ракетные и авиадвигатели. Правительство многих стран занимается вопросами очищения и озеленения планеты.

Хочется сказать о том, что каждый житель нашей планеты отвечает за ее состояние. Конечно, может лично вы и не внедряете новые технологии, и может у вас недостаточно средств для приобретения автомобиля с экологическим двигателем. Но ведь никто не отменял велосипед. Такой транспорт не только с легкостью домчит вас до пункта назначения, но также и положительно повлияет на состояние вашего здоровья. Задумайтесь, возможно, у вас есть возможность добраться до работы на велосипеде, вместо того, чтобы выезжать из гаража на автомобиле.

Также вы можете посадить дерево или кустарник, и уже эта планета станет немного лучше. Не забывайте о том, что вы точно так же, как и все другие жители нашей планеты, отвечаете за ее сохранность.

Экологическая проблема использования тепловых машин. Где используют тепловые машины на News4Auto.ru.

Наша жизнь состоит из будничных мелочей, которые так или иначе влияют на наше самочувствие, настроение и продуктивность. Не выспался — болит голова; выпил кофе, чтобы поправить ситуацию и взбодриться — стал раздражительным. Предусмотреть всё очень хочется, но никак не получается. Да ещё и вокруг все, как заведённые, дают советы: глютен в хлебе — не подходи, убьёт; шоколадка в кармане — прямой путь к выпадению зубов. Мы собираем самые популярные вопросов о здоровье, питании, заболеваниях и даем на них ответы, которые позволят чуть лучше понимать, что полезно для здоровья.

0 0 голоса

Рейтинг статьи