Номер 5, страница 441 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Электродинамика. Глава 10. Электростатика. Задания по проектной и исследовательской деятельности. Задания к главе 8 «Тепловые машины. Второй закон термодинамики» - номер 5, страница 441.

Условие.

5. Соберите информацию о производстве и потреблении различных видов топлива в нашей стране, об их долях в производстве энергии, а также об экологических последствиях их использования. Обсудите воздействие различных типов тепловых двигателей на окружающую среду и экологическую обстановку в вашем регионе.

Решение.

Производство, потребление и экологические последствия использования топлива в России

Россия является одной из ведущих мировых энергетических держав, обладая значительными запасами и производственными мощностями по различным видам топлива.

Производство и потребление основных видов топлива:
1. Природный газ: Россия занимает одно из первых мест в мире по добыче и экспорту природного газа. Он также является основным топливом для внутреннего потребления, особенно в электроэнергетике и для отопления городов.
2. Нефть: Страна является одним из крупнейших производителей и экспортеров нефти и нефтепродуктов. Внутри страны нефтепродукты (бензин, дизельное топливо, мазут) широко используются в транспорте и промышленности.
3. Уголь: Россия обладает большими запасами угля. Он используется в основном на тепловых электростанциях (ТЭС), особенно в регионах Сибири и Дальнего Востока, а также в металлургии.
4. Ядерное топливо (уран): Россия обладает полной цепочкой ядерного топливного цикла, от добычи урана до эксплуатации АЭС и переработки отработавшего топлива.
5. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ): Основную долю среди ВИЭ занимает гидроэнергетика. В последние годы активно развиваются солнечная и ветровая энергетика, но их общая доля пока невелика.

Доли в производстве электроэнергии (структура энергобаланса):
Структура выработки электроэнергии в России по состоянию на начало 2020-х годов выглядит приблизительно следующим образом:
- Газовые ТЭС: около 46-50%
- Атомные электростанции (АЭС): около 20%
- Гидроэлектростанции (ГЭС): около 18-20%
- Угольные ТЭС: около 12-14%
- ВИЭ (солнечные, ветровые и др.): менее 2%

Экологические последствия использования:
- Ископаемое топливо (газ, нефть, уголь): Основной проблемой является выброс парниковых газов, в первую очередь диоксида углерода ($CO_2$), что способствует глобальному изменению климата. Сжигание угля и мазута также приводит к выбросам диоксида серы ($SO_2$) и оксидов азота ($NO_x$), вызывающих кислотные дожди. Твердые частицы (сажа, зола) загрязняют воздух и вызывают респираторные заболевания.
- Ядерная энергетика: Не производит выбросов парниковых газов в атмосферу во время работы. Однако существуют проблемы с безопасной утилизацией и хранением радиоактивных отходов, а также потенциальный риск аварий с катастрофическими последствиями.
- Гидроэнергетика: Является возобновляемым источником, но строительство крупных ГЭС приводит к затоплению больших территорий, изменению экосистем рек и может негативно влиять на рыбные ресурсы.

Ответ: Производство и потребление энергии в России в основном базируется на ископаемом топливе (газ, нефть, уголь), что определяет значительное воздействие на окружающую среду через выбросы парниковых газов и загрязняющих веществ. Атомная и гидроэнергетика имеют большую долю в энергобалансе, но связаны с другими экологическими рисками, такими как проблема радиоактивных отходов и изменение речных экосистем.

Воздействие различных типов тепловых двигателей на окружающую среду и экологическую обстановку в регионе

Тепловые двигатели преобразуют тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу и являются основой современного транспорта и энергетики.

Типы тепловых двигателей и их воздействие:
1. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС): Устанавливаются на подавляющем большинстве автомобилей, а также на судах, тепловозах. Их работа связана со сжиганием бензина, дизельного топлива или газа. Основные выбросы включают:
- Диоксид углерода ($CO_2$): главный парниковый газ.
- Оксиды азота ($NO_x$): образуются при высоких температурах в камере сгорания, приводят к смогу и кислотным дождям.
- Угарный газ ($CO$): продукт неполного сгорания, ядовит.
- Углеводороды ($C_xH_y$): несгоревшее топливо, участвуют в образовании фотохимического смога.
- Твердые частицы (сажа): особенно характерны для дизельных двигателей, опасны для дыхательной системы.
2. Паровые и газовые турбины: Используются на тепловых и атомных электростанциях. Они сжигают топливо (уголь, газ, мазут) для получения пара или горячего газа, вращающего турбину. Их воздействие на среду определяется типом сжигаемого топлива и масштабом производства. Помимо выбросов, аналогичных ДВС (но в больших объемах на одном объекте), ТЭС вызывают тепловое загрязнение, сбрасывая нагретую воду в водоемы, что нарушает водные экосистемы.

Экологическая обстановка в типичном крупном городе (на примере условного регионального центра):
В большинстве крупных городов России основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносит автомобильный транспорт (до 80-90% от общего объема выбросов). Старый автопарк, использование топлива низкого экологического класса и большое количество "пробок" усугубляют ситуацию.
Вторым по значимости источником являются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые обеспечивают город теплом и электроэнергией, сжигая преимущественно природный газ или уголь. Промышленные предприятия, расположенные в черте города или вблизи него, также вносят свой вклад.
В результате в воздухе крупных городов наблюдается повышенная концентрация оксидов азота, диоксида серы, угарного газа и мелкодисперсных частиц (PM2.5), что негативно сказывается на здоровье жителей, вызывая аллергии, заболевания органов дыхания и сердечно-сосудистой системы.

Ответ: Тепловые двигатели, особенно двигатели внутреннего сгорания в автотранспорте, являются главным источником загрязнения воздуха в городах. Их работа приводит к выбросам парниковых газов и токсичных веществ, формирующих смог и ухудшающих здоровье населения. Тепловые электростанции на базе турбин также вносят значительный вклад в загрязнение, включая тепловое загрязнение водоемов.