Номер 2, страница 230 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Каковы пути уменьшения отрицательного влияния тепловых машин на окружающую среду?

1. Тепловые машины получили широкое распространение в энергетике и на транспорте по нескольким ключевым причинам. Их основной принцип — преобразование тепловой энергии в механическую работу — оказался чрезвычайно эффективным для двух главных задач цивилизации: производства электроэнергии и обеспечения движения.

В энергетике подавляющее большинство электроэнергии в мире вырабатывается на тепловых и атомных электростанциях. На них за счет сжигания ископаемого топлива (уголь, газ) или ядерной реакции выделяется огромное количество тепла. Это тепло используется для получения пара высокого давления, который вращает турбину (разновидность тепловой машины). Турбина соединена с электрогенератором, который и производит электрический ток. Преимущества такого подхода — возможность строительства станций огромной мощности, их надежность и стабильность выработки, а также высокая энергетическая плотность ископаемого и ядерного топлива.

На транспорте доминируют двигатели внутреннего сгорания (ДВС) — компактные и мощные тепловые машины. Они используются в автомобилях, кораблях, тепловозах. Авиация использует газотурбинные двигатели — еще одну разновидность тепловых машин. Их успех обусловлен высокой удельной мощностью (много энергии при малом весе и размере) и использованием жидкого топлива (бензин, дизель, керосин), которое обладает очень высокой плотностью энергии, легко хранится и позволяет быстро пополнять запасы. Это обеспечивает транспортным средствам большой запас хода и автономность.

Ответ: Широкое использование тепловых машин обусловлено их способностью эффективно преобразовывать высококонцентрированную энергию топлива в механическую работу, что идеально подходит для мощных стационарных установок (электростанции) и для компактных мобильных двигателей (транспорт).

2. Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду заключается в выбросах вредных веществ, парниковых газов и тепловом загрязнении. Существуют следующие основные пути уменьшения этого влияния:

Повышение коэффициента полезного действия (КПД). Чем эффективнее машина, тем меньше топлива ей нужно для выполнения той же работы, и, следовательно, тем меньше выбросов. Теоретический предел эффективности описывается циклом Карно: $ \eta_{max} = 1 - \frac{T_Х}{T_Н} $, где $ T_Н $ — температура нагревателя, а $ T_Х $ — температура холодильника. На практике КПД повышают за счет увеличения температуры сгорания, использования турбонаддува, гибридных систем с рекуперацией энергии и когенерации (когда остаточное тепло используется для отопления, повышая общую эффективность системы до 80-90%).

Очистка продуктов сгорания. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы пропускают через специальные системы. В автомобилях это каталитические нейтрализаторы, которые преобразуют токсичные оксиды азота (NOx), угарный газ (CO) и несгоревшие углеводороды в безопасные азот (N₂), углекислый газ (CO₂) и воду (H₂O). На промышленных объектах (ТЭС) применяют электрофильтры для улавливания твердых частиц и скрубберы для химического поглощения оксидов серы (SOx).

Переход на более чистое топливо. Замена угля и мазута на природный газ значительно снижает выбросы серы, сажи и углекислого газа. Перспективными считаются биотопливо (которое теоретически является углеродно-нейтральным) и водород, при сжигании которого образуется только вода.

Развитие альтернативных технологий. Это наиболее радикальный путь, предполагающий постепенный отказ от тепловых машин, сжигающих топливо. В энергетике это переход на возобновляемые источники — солнечные, ветровые и гидроэлектростанции. На транспорте — это внедрение электромобилей и водородных автомобилей, использующих топливные элементы (которые не являются тепловыми машинами).

Ответ: Основные пути снижения негативного воздействия тепловых машин — это повышение их энергоэффективности (КПД), очистка выхлопных газов, использование более экологичных видов топлива и постепенный переход к альтернативным, нетопливным источникам энергии и технологиям транспорта.