Групповое задание, страница 271 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 6. Термодинамика. Параграф 33. Второй закон термодинамики. Охрана окружающей среды - страница 271.

Условие.

Групповое задание

Разделитесь на несколько групп. Каждая группа готовит презентацию на тему «Экологические проблемы использования тепловых двигателей». Продолжительность каждой презентации — около 5 минут.

Решение.

В рамках группового задания по подготовке презентации на тему «Экологические проблемы использования тепловых двигателей» предлагается следующий план и содержание выступления, рассчитанного на 5 минут.

1. Введение: Роль тепловых двигателей и актуальность проблемы

Тепловые двигатели – это устройства, которые преобразуют внутреннюю энергию топлива в механическую работу. Они являются технологической основой нашей цивилизации. Двигатели внутреннего сгорания приводят в движение автомобили, корабли и самолеты, а паровые турбины на тепловых и атомных электростанциях вырабатывают большую часть потребляемой нами электроэнергии. Однако за это удобство человечество платит высокую цену: сжигание огромного количества ископаемого топлива (угля, нефти, газа) приводит к серьезным и часто необратимым последствиям для окружающей среды.

Ответ: Несмотря на ключевую роль в развитии общества, тепловые двигатели являются одним из главных источников антропогенного воздействия на биосферу, что делает проблему их экологической безопасности чрезвычайно актуальной.

2. Проблема №1: Химическое загрязнение атмосферы

При сгорании топлива в тепловых двигателях в атмосферу выбрасывается целый ряд вредных веществ. Основными загрязнителями являются:

- Оксиды углерода: Углекислый газ ($CO_2$) – главный парниковый газ, и угарный газ ($CO$) – токсичное для живых организмов соединение.

- Оксиды серы и азота ($SO_2, NO_x$): При взаимодействии с атмосферной влагой они образуют кислоты, которые выпадают на землю в виде кислотных дождей. Кислотные дожди наносят вред лесам, закисляют водоемы и почвы, разрушают здания и памятники.

- Твердые частицы: Сажа и другие взвешенные частицы, которые попадают в легкие человека, вызывая респираторные и сердечно-сосудистые заболевания. Также они являются компонентом смога.

- Углеводороды и другие токсичные соединения (например, бензапирен): Продукты неполного сгорания топлива, многие из которых являются сильными канцерогенами.

Ответ: Работа тепловых двигателей приводит к выбросу в атмосферу токсичных газов и твердых частиц, которые являются причиной кислотных дождей, смога и наносят прямой вред здоровью человека и состоянию экосистем.

3. Проблема №2: Парниковый эффект и изменение климата

Сжигание ископаемого топлива – основной источник выбросов углекислого газа ($CO_2$). Накапливаясь в атмосфере, $CO_2$ и другие парниковые газы создают экран, который задерживает тепловое излучение Земли, не давая ему уйти в космос. Этот процесс называется парниковым эффектом. Его усиление ведет к глобальному потеплению – постепенному повышению средней температуры на планете. Последствия этого процесса уже ощущаются по всему миру: таяние полярных льдов и ледников, повышение уровня мирового океана, увеличение частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений, таких как ураганы, засухи и наводнения.

Ответ: Выбросы углекислого газа от тепловых двигателей являются ключевым фактором усиления парникового эффекта, что приводит к глобальному изменению климата с катастрофическими последствиями для всей планеты.

4. Проблема №3: Тепловое загрязнение

Согласно второму закону термодинамики, ни один тепловой двигатель не может преобразовать всю полученную от нагревателя теплоту в полезную работу. Коэффициент полезного действия (КПД) даже самых современных тепловых электростанций не превышает 40-60%, а у двигателей внутреннего сгорания – 25-40%. Остальная энергия (более половины) выбрасывается в окружающую среду в виде теплоты. Тепловые электростанции для охлаждения турбин используют воду из рек и озер, сбрасывая ее обратно уже нагретой. Это приводит к тепловому загрязнению водоемов, снижению концентрации растворенного в воде кислорода и гибели многих видов рыб и водных организмов.

Ответ: Неизбежным побочным продуктом работы тепловых двигателей является выброс огромного количества отработанной теплоты, что вызывает тепловое загрязнение атмосферы и водоемов, нарушая баланс локальных экосистем.

5. Пути решения экологических проблем

Для смягчения негативного влияния тепловых двигателей на окружающую среду разрабатываются и внедряются комплексные меры:

- Повышение эффективности: Увеличение КПД двигателей позволяет получать то же количество работы при меньшем расходе топлива, а значит, и с меньшими выбросами.

- Очистка выбросов: Установка на автомобилях каталитических нейтрализаторов, а на промышленных предприятиях – систем фильтрации и газоочистки позволяет значительно снизить выбросы вредных веществ.

- Использование более чистых видов топлива: Переход с угля и мазута на природный газ, а также использование топлива с низким содержанием серы.

- Развитие альтернативных технологий: Массовое внедрение электромобилей, использующих энергию из возобновляемых источников (солнце, ветер, вода), разработка водородной энергетики, где продуктом сгорания является вода, а также прямое использование возобновляемых источников энергии.

Ответ: Решение экологических проблем, связанных с тепловыми двигателями, лежит в комплексном подходе, включающем как усовершенствование существующих технологий, так и постепенный переход к более чистым, альтернативным источникам энергии.

6. Заключение

Тепловые двигатели сыграли решающую роль в технологическом прогрессе, но их дальнейшее бесконтрольное использование угрожает экологической стабильности планеты. Перед современным обществом стоит задача найти баланс между потребностями в энергии и сохранением окружающей среды. Это требует совместных усилий ученых, инженеров, правительств и каждого из нас. Переход на новые технологии, рациональное использование энергии и осознанное потребление – это шаги, которые помогут обеспечить устойчивое развитие для будущих поколений.

Ответ: Будущее человечества зависит от нашей способности перейти от эпохи ископаемого топлива к эре чистой и безопасной энергетики, минимизировав вред, наносимый планете тепловыми двигателями.