Номер 5, страница 288 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 59. Тепловые двигатели. 10. Термодинамика. Молекулярная физика - номер 5, страница 288.

Условие.

5. В чём состоит отрицательное воздействие тепловых двигателей на окружающую среду? Какие методы защиты окружающей среды используют в настоящее время?

Решение.

В чём состоит отрицательное воздейстье тепловых двигателей на окружающую среду?
Тепловые двигатели, работающие за счет сжигания ископаемого топлива (бензина, дизельного топлива, угля, мазута), оказывают комплексное негативное влияние на окружающую среду. Основные аспекты этого воздействия следующие:
• Загрязнение атмосферного воздуха. В процессе сгорания топлива в атмосферу выбрасываются вредные вещества: углекислый газ ($CO_2$), являющийся основным парниковым газом и причиной глобального потепления; угарный газ ($CO$), который токсичен для живых организмов; оксиды азота ($NO_x$) и диоксид серы ($SO_2$), вызывающие кислотные дожди и смог; твёрдые частицы (сажа), которые приводят к заболеваниям дыхательной системы; несгоревшие углеводороды.
• Тепловое загрязнение. Коэффициент полезного действия (КПД) большинства тепловых двигателей относительно невысок (обычно 20–40%). Это означает, что значительная часть энергии (до 60–80%), получаемой при сгорании топлива, не превращается в полезную работу, а выбрасывается в окружающую среду в виде теплоты. Это приводит к локальному повышению температуры воздуха и водоемов, что нарушает сложившиеся экосистемы.
• Шумовое загрязнение. Работающие двигатели, особенно в автомобильном, железнодорожном, водном и авиатранспорте, а также на промышленных предприятиях, создают высокий уровень шума. Шумовое загрязнение негативно сказывается на здоровье людей (вызывая стресс, нарушения сна) и является фактором беспокойства для диких животных.
• Изменение климата. Массовые выбросы парниковых газов, в первую очередь углекислого газа ($CO_2$), усиливают парниковый эффект. Это приводит к глобальному потеплению, следствием которого являются таяние ледников, повышение уровня мирового океана, а также увеличение частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений (засух, наводнений, ураганов).

Какие методы защиты окружающей среды используют в настоящее время?
Для снижения негативного воздействия тепловых двигателей на окружающую среду в настоящее время применяются разнообразные технологические и организационные методы:
• Повышение эффективности двигателей. Разработка и внедрение более совершенных конструкций двигателей (например, систем турбонаддува, прямого впрыска топлива, систем изменения фаз газораспределения) позволяют сжигать топливо более полно и с меньшими затратами, что снижает и расход топлива, и количество вредных выбросов на единицу выполненной работы.
• Очистка выхлопных газов. Обязательная установка на современные автомобили каталитических нейтрализаторов (конвертеров), которые преобразуют наиболее токсичные компоненты выхлопа ($CO$, $NO_x$, углеводороды) в менее вредные вещества, такие как углекислый газ ($CO_2$), азот ($N_2$) и вода ($H_2O$). Для дизельных двигателей также применяются сажевые фильтры, улавливающие твёрдые частицы.
• Использование более чистых видов топлива. Постепенный переход на виды топлива с меньшим содержанием вредных примесей (например, низкосернистое топливо). Также ведется разработка и внедрение альтернативных видов топлива, таких как сжатый природный газ, биотопливо (этанол, биодизель) и водород, сгорание которого приводит к образованию только водяного пара.
• Развитие альтернативной энергетики и транспорта. Широкое внедрение гибридных автомобилей и электромобилей, которые имеют значительно более высокий КПД и не производят вредных выбросов в месте эксплуатации. В глобальном масштабе это включает переход от тепловых электростанций к возобновляемым источникам энергии (солнечным, ветровым, гидроэлектростанциям) для производства электроэнергии.
• Использование отработанного тепла (когенерация). На теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) отработанное тепло, которое на обычных электростанциях выбрасывается, используется для отопления жилых домов и промышленных нужд. Это значительно (до 80–90%) повышает общую эффективность использования топлива.
• Законодательное регулирование и организационные меры. Введение строгих международных и национальных экологических стандартов на выбросы (например, стандарты «Евро»), развитие систем общественного транспорта, создание велосипедной и пешеходной инфраструктуры для снижения числа личных автомобилей.

Ответ: Отрицательное воздействие тепловых двигателей на окружающую среду заключается в загрязнении атмосферы продуктами сгорания топлива ($CO_2, NO_x, SO_2$, сажа), что приводит к кислотным дождям, смогу и глобальному изменению климата, а также в тепловом и шумовом загрязнении. Современные методы защиты включают повышение КПД двигателей, обязательную очистку выхлопных газов с помощью катализаторов и фильтров, переход на более экологичные виды топлива (газ, биотопливо) и альтернативные виды транспорта (электромобили), утилизацию отработанного тепла (когенерация) и введение строгих экологических стандартов.