Номер 7, страница 251 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 9. Основы термодинамики. Параграф 45. Виды тепловых двигателей. Экологические проблемы использования тепловых двигателей. Вопросы - номер 7, страница 251.

Условие.

7. Какие меры предпринимаются для предупреждения выбросов тепловыми двигателями вредных веществ в атмосферу?

Решение.

Для предупреждения выбросов тепловыми двигателями (в первую очередь, двигателями внутреннего сгорания) вредных веществ в атмосферу предпринимается комплекс инженерных, технологических и законодательных мер. Эти меры направлены как на улучшение самого процесса сгорания топлива, так и на очистку отработавших газов перед их выбросом в атмосферу. К основным мерам относятся:

1. Совершенствование конструкции двигателя и процесса сгорания. Постоянная работа над оптимизацией формы камеры сгорания, систем впуска и выпуска, а также систем впрыска топлива (например, прямой впрыск под высоким давлением) позволяет добиться более полного и эффективного сгорания топлива. Это снижает количество токсичного угарного газа ($CO$) и несгоревших углеводородов ($C_xH_y$) в выхлопе.

2. Использование каталитических нейтрализаторов. Это устройство в выхлопной системе, где на поверхности катализатора (платина, палладий, родий) происходят химические реакции, превращающие вредные вещества в менее опасные. Современные трехкомпонентные нейтрализаторы в бензиновых двигателях преобразуют оксиды азота ($NO_x$) в безопасный азот ($N_2$), угарный газ ($CO$) в углекислый газ ($CO_2$), а несгоревшие углеводороды ($C_xH_y$) — в углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$).

3. Система рециркуляции отработавших газов (EGR – Exhaust Gas Recirculation). Часть выхлопных газов направляется обратно во впускной коллектор и смешивается со свежей топливовоздушной смесью. Это снижает температуру горения в цилиндрах, что приводит к значительному уменьшению образования наиболее токсичных оксидов азота ($NO_x$).

4. Применение сажевых фильтров (DPF – Diesel Particulate Filter). Эти устройства обязательны для современных дизельных двигателей. Они представляют собой пористую керамическую структуру, которая улавливает твердые частицы сажи из выхлопных газов, предотвращая их попадание в атмосферу. Фильтры периодически проходят процедуру регенерации (прожига), во время которой накопленная сажа сгорает.

5. Система селективной каталитической нейтрализации (SCR – Selective Catalytic Reduction). Технология, широко применяемая в дизельных двигателях для борьбы с оксидами азота. В выхлопную систему перед специальным катализатором впрыскивается реагент (водный раствор мочевины, известный как AdBlue). Мочевина разлагается на аммиак, который вступает в реакцию с $NO_x$, превращая их в безвредный азот ($N_2$) и воду ($H_2O$).

6. Улучшение качества топлива и использование альтернативных видов. Переход на топливо с низким содержанием серы и других примесей (стандарты Евро-5, Евро-6). Развитие и внедрение альтернативных, более экологически чистых видов топлива, таких как сжатый и сжиженный природный газ, биотопливо, водород.

7. Переход на альтернативные типы силовых установок. Активное развитие и массовое внедрение гибридных автомобилей, которые комбинируют двигатель внутреннего сгорания с электромотором, и полностью электрических транспортных средств. Эти технологии позволяют значительно сократить или полностью исключить локальные выбросы вредных веществ.

8. Введение строгих экологических стандартов. Правительства многих стран устанавливают строгие нормы (например, стандарты "Евро" в Европе, EPA в США), которые законодательно ограничивают допустимый уровень выбросов вредных веществ для новых автомобилей. Это является главным стимулом для автопроизводителей внедрять все более совершенные и эффективные технологии защиты окружающей среды.

Ответ: Для предотвращения выбросов вредных веществ тепловыми двигателями применяются такие меры, как установка каталитических нейтрализаторов и сажевых фильтров, использование систем рециркуляции выхлопных газов (EGR) и селективной каталитической нейтрализации (SCR), улучшение качества топлива, совершенствование конструкции двигателей для более полного сгорания, а также переход на гибридные и электрические силовые установки и введение строгих международных экологических стандартов.