Номер 5, страница 201 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 5. Законы термодинамики. Параграф 5.13. Примеры решения задач. Вопросы - номер 5, страница 201.

Условие.

5. Подготовьте реферат «Тепловые двигатели: экологические проблемы, способы их решения разными странами (в том числе и Россией)».

Решение.

Тепловые двигатели — устройства, преобразующие тепловую энергию в механическую работу, — являются основой современной цивилизации. Они приводят в движение автомобили, поезда, корабли и самолеты, а также генерируют большую часть электроэнергии на тепловых и атомных электростанциях. Однако их широкое применение привело к ряду серьезных экологических проблем, требующих комплексного решения.

Экологические проблемы

Основной вред окружающей среде наносится продуктами сгорания ископаемого топлива (нефти, газа, угля). Ключевые проблемы включают:

1. Загрязнение атмосферы. В воздух выбрасываются вредные вещества: углекислый газ ($CO_2$), являющийся главным виновником парникового эффекта и глобального изменения климата; оксиды азота ($NO_x$) и оксиды серы ($SO_x$), вызывающие кислотные дожди и респираторные заболевания; угарный газ ($\text{CO}$), опасный для живых организмов; твердые частицы (сажа), которые способствуют развитию смога и болезней легких; несгоревшие углеводороды, обладающие канцерогенными свойствами.

2. Тепловое загрязнение. Тепловые двигатели имеют коэффициент полезного действия значительно ниже 100%, поэтому большое количество неиспользованной теплоты выбрасывается в окружающую среду (атмосферу, водоемы). Это приводит к локальному повышению температуры, нарушая естественные экосистемы, например, вызывая цветение воды.

3. Шумовое загрязнение. Работа мощных двигателей, особенно в транспортных средствах и на промышленных объектах, создает высокий уровень шума, негативно влияющий на здоровье людей и животных в городах и вблизи транспортных магистралей.

Ответ: Основными экологическими проблемами, связанными с работой тепловых двигателей, являются химическое загрязнение атмосферы продуктами сгорания, приводящее к глобальному потеплению и кислотным дождям, а также тепловое и шумовое загрязнение окружающей среды.

Способы их решения разными странами

Для борьбы с негативным влиянием тепловых двигателей страны мира применяют комплексный подход, сочетающий технологические, законодательные и экономические меры.

Технологические решения:

- Повышение эффективности (КПД) двигателей для снижения расхода топлива и, соответственно, выбросов.

- Очистка выхлопных газов с помощью каталитических нейтрализаторов (преобразуют $NO_x$, $\text{CO}$ в безвредные $N_2$, $CO_2$ и $H_2O$) и сажевых фильтров (улавливают твердые частицы).

- Переход на альтернативные, более чистые виды топлива: природный газ, биотопливо, водород.

- Развитие и внедрение альтернативных силовых установок, в первую очередь, электрических двигателей и гибридных систем.

Законодательные и экономические меры на примере отдельных стран:

Европейский Союз ввел жесткие экологические стандарты «Евро» для автомобилей, последовательно ужесточая требования к выбросам. В рамках «Европейского зелёного курса» поставлена цель достичь углеродной нейтральности к 2050 году, что стимулирует переход на электромобили и возобновляемые источники энергии.

США через Агентство по охране окружающей среды (EPA) регулируют нормы выбросов для транспорта и промышленности. Отдельные штаты, как Калифорния, вводят еще более строгие правила. Действуют программы субсидирования покупки электромобилей.

Китай, столкнувшись с острой проблемой смога в мегаполисах, стал мировым лидером по стимулированию производства и покупки электромобилей. В стране действуют квоты на производство автомобилей с ДВС и масштабные программы развития возобновляемой энергетики.

Япония сделала ставку на высокоэффективные гибридные автомобили и является одним из лидеров в разработке транспорта на водородных топливных элементах.

Ответ: Страны мира решают экологические проблемы от тепловых двигателей путем внедрения новых технологий (катализаторы, фильтры, электромобили, водород), введения строгих экологических стандартов (например, «Евро»), а также экономического стимулирования перехода на чистый транспорт и энергетику.

Способы их решения в России

Россия, являясь одной из крупнейших стран-производителей и потребителей ископаемого топлива, также предпринимает шаги для снижения экологического ущерба от тепловых двигателей.

1. Внедрение экологических стандартов. В стране действует технический регламент, соответствующий экологическому классу «Евро-5» для новых автомобилей, что ограничивает выбросы вредных веществ.

2. Газификация транспорта. Действует государственная программа по переводу автотранспорта (особенно коммерческого и общественного) на природный газ (метан). Сгорание метана производит значительно меньше вредных выбросов по сравнению с бензином и дизельным топливом.

3. Развитие общественного транспорта. В крупных городах, в первую очередь в Москве, реализуются масштабные проекты по развитию экологически чистого общественного транспорта: расширение сети метро, запуск электробусов, создание выделенных полос.

4. Начало перехода к электротранспорту. Рынок электромобилей в России пока невелик, но государство начинает создавать условия для его роста: утверждена концепция развития электротранспорта, которая предусматривает создание сети зарядных станций и предоставление льгот владельцам (например, бесплатная парковка, отмена транспортного налога в ряде регионов).

5. Модернизация промышленности и энергетики. В рамках национального проекта «Экология» предусмотрены меры по снижению выбросов от крупных промышленных предприятий и ТЭЦ, включая установку современных фильтров и систем очистки.

Ответ: В России экологические проблемы, связанные с тепловыми двигателями, решаются через внедрение стандартов «Евро», стимулирование использования газомоторного топлива, развитие экологичного общественного транспорта, создание инфраструктуры для электромобилей и модернизацию промышленных предприятий.

В заключение, проблема негативного воздействия тепловых двигателей на окружающую среду является глобальной и требует скоординированных усилий всего мирового сообщества. Несмотря на то что тепловые двигатели еще долго будут играть важную роль в экономике, очевиден общемировой тренд на постепенный отказ от ископаемого топлива в пользу более чистых технологий: электричества, получаемого из возобновляемых источников, и водорода. Успех этого перехода определит экологическое благополучие будущих поколений.