Номер 6, страница 114 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

6. Назовите преимущества и недостатки тепловых двигателей.

Тепловой двигатель — это устройство, которое преобразует внутреннюю (тепловую) энергию сгорающего топлива в механическую работу. Несмотря на их широчайшее распространение, они обладают как значительными преимуществами, так и серьезными недостатками.

Преимущества

1. Высокая удельная мощность и автономность. Тепловые двигатели, особенно двигатели внутреннего сгорания (ДВС), способны развивать большую мощность при относительно небольших размерах и массе. Они используют ископаемое топливо (например, бензин, дизель), обладающее высокой плотностью энергии, что обеспечивает большой запас хода транспортных средств и их независимость от внешних источников энергии, таких как электрические сети.

2. Доступность топлива и развитая инфраструктура. Ископаемое топливо остается широко распространенным и относительно доступным источником энергии. За многие десятилетия была создана глобальная, хорошо отлаженная инфраструктура для его добычи, переработки, транспортировки и распределения (сеть автозаправочных станций, нефтепроводы, танкерный флот).

3. Надежность и универсальность. Конструкция основных типов тепловых двигателей (поршневых, турбинных) хорошо отработана и доведена до высокой степени надежности. Благодаря разнообразию конструкций (паровые и газовые турбины, ДВС) они находят применение в самых разных областях: на всех видах транспорта (автомобили, корабли, самолеты, локомотивы) и в стационарной энергетике (тепловые и атомные электростанции).

Ответ: Ключевыми преимуществами тепловых двигателей являются их автономность, высокая мощность при компактных размерах, а также доступность топлива и развитая под него инфраструктура.

Недостатки

1. Низкий коэффициент полезного действия (КПД). Эффективность преобразования тепловой энергии в работу в тепловых двигателях фундаментально ограничена законами термодинамики (предел эффективности задается циклом Карно). В реальности КПД бензиновых ДВС составляет в среднем 25–35%, а дизельных — 40–50%. Это означает, что большая часть энергии топлива (до 75%) бесполезно теряется, рассеиваясь в виде тепла в окружающую среду.

2. Экологический вред. Сжигание органического топлива является одним из главных источников загрязнения атмосферы. В результате в воздух выбрасываются:
• Углекислый газ ($CO_2$) — основной парниковый газ, вызывающий глобальное изменение климата.
• Оксиды азота ($NO_x$) и оксиды серы ($SO_x$) — становятся причиной кислотных дождей и образования смога.
• Угарный газ ($CO$), сажа (твёрдые частицы) и другие токсичные соединения — крайне вредны для здоровья человека и экосистем.

3. Использование невозобновляемых ресурсов. Подавляющее большинство тепловых двигателей работает на ископаемом топливе — нефти, природном газе и угле. Запасы этих ресурсов на Земле ограничены и невозобновляемы, что ведет к их постепенному истощению и создает риски для мировой энергетической безопасности.

4. Шум и необходимость охлаждения. Работа тепловых двигателей, особенно поршневых, сопровождается значительным уровнем шума и вибрации. Кроме того, из-за выделения большого количества избыточного тепла они требуют наличия громоздких и сложных систем охлаждения.

Ответ: Главными недостатками тепловых двигателей являются их низкий КПД, значительное загрязнение окружающей среды вредными выбросами, зависимость от исчерпаемых природных ресурсов и высокий уровень шума при работе.