Номер 8, страница 114 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

8. Каковы основные направления борьбы с отрицательными последствиями применения тепловых двигателей?

Применение тепловых двигателей, несмотря на их огромную пользу для цивилизации, сопряжено с рядом серьезных отрицательных последствий, главным образом связанных с загрязнением окружающей среды и изменением климата. Борьба с этими последствиями ведется по нескольким ключевым направлениям.

1. Повышение коэффициента полезного действия (КПД) тепловых двигателей
Чем выше КПД двигателя, тем меньше топлива требуется для совершения одной и той же работы. Это напрямую ведет к сокращению расхода невозобновляемых ресурсов и уменьшению выбросов вредных веществ и углекислого газа. Основные методы повышения КПД включают: усовершенствование конструкции двигателя (например, использование турбонаддува, систем прямого впрыска топлива), снижение потерь на трение между деталями, применение новых материалов, способных выдерживать более высокие рабочие температуры (согласно циклу Карно, КПД идеального теплового двигателя $ \eta = 1 - \frac{T_{х}}{T_{н}} $, где $ T_{н} $ – температура нагревателя, а $ T_{х} $ – температура холодильника), а также использование гибридных технологий, позволяющих рекуперировать энергию при торможении.

Ответ: Повышение эффективности двигателей для снижения расхода топлива и, как следствие, уменьшения количества выбросов на единицу полезной работы.

2. Снижение вредных выбросов в атмосферу
Это направление борется с загрязнением воздуха продуктами неполного сгорания топлива (угарный газ CO, углеводороды HC), оксидами азота (NOx) и серы (SOx), а также твердыми частицами (сажей). Комплекс мер включает: улучшение качества топлива (использование топлива с низким содержанием серы, добавление присадок), оптимизацию процесса сгорания (электронное управление впрыском для поддержания идеального состава топливовоздушной смеси) и очистку выхлопных газов с помощью каталитических нейтрализаторов, сажевых фильтров и других систем очистки.

Ответ: Улучшение качества топлива, оптимизация его сгорания и очистка выхлопных газов для минимизации выбросов токсичных веществ в атмосферу.

3. Переход на альтернативные источники энергии и виды двигателей
Это наиболее кардинальный путь решения проблемы, предполагающий постепенный отказ от традиционных тепловых двигателей, работающих на ископаемом топливе. Ключевые альтернативы: использование экологически чистых видов топлива, таких как биотопливо, водород или синтетическое топливо; массовое внедрение электротранспорта, который не производит выбросов в месте эксплуатации; развитие транспорта на топливных элементах; замена тепловых электростанций на электростанции, использующие возобновляемые источники энергии (солнечные, ветровые, гидроэлектростанции).

Ответ: Постепенный отказ от ископаемого топлива путем перехода на альтернативные виды топлива, электромобили и возобновляемые источники энергии.

4. Борьба с тепловым и шумовым загрязнением
Помимо выбросов в атмосферу, работа тепловых двигателей вызывает и другие негативные эффекты. Для борьбы с тепловым загрязнением (сбросом огромного количества тепла в окружающую среду из-за низкого КПД) применяется когенерация — использование сбросного тепла для отопления и промышленных нужд, что повышает общую эффективность использования топлива. Для снижения шумового загрязнения двигатели оснащаются эффективными глушителями и звукоизолирующими кожухами, а вдоль транспортных магистралей устанавливаются шумозащитные экраны.

Ответ: Снижение теплового загрязнения за счет утилизации сбросного тепла (когенерация) и уменьшение уровня шума с помощью глушителей, звукоизоляции и защитных экранов.