Номер 2, страница 135, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Тепловые двигатели. Параграф 34. Тепловые машины и экология. Вопросы и задания - номер 2, страница 135.

Условие.

2. Предложите способы уменьшения отрицательного влияния тепловых машин на экологию.

Решение.

Тепловые машины, такие как двигатели внутреннего сгорания и турбины тепловых электростанций, оказывают значительное отрицательное влияние на экологию, в основном за счет выбросов вредных веществ и парниковых газов. Существует несколько ключевых направлений для уменьшения этого влияния.

1. Повышение коэффициента полезного действия (КПД)

Чем выше КПД тепловой машины, тем меньше топлива требуется для совершения того же количества полезной работы. Это напрямую ведет к снижению выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов (например, $CO_2$). Максимальный теоретический КПД определяется циклом Карно и зависит от температур нагревателя ($T_{нагревателя}$) и холодильника ($T_{холодильника}$): $ \eta_{max} = 1 - \frac{T_{холодильника}}{T_{нагревателя}} $. Для повышения КПД необходимо:
- Использовать новые жаропрочные материалы, позволяющие повысить рабочую температуру газов в двигателе.
- Применять более сложные термодинамические циклы, например, комбинированные парогазовые циклы на ТЭС, где тепло отработанных газов газовой турбины используется для получения пара для паровой турбины.
- Внедрять системы когенерации, при которых избыточное тепло, ранее выбрасываемое в окружающую среду, используется для отопления или промышленных нужд.
- Уменьшать механические потери на трение и тепловые потери через стенки цилиндров.

Ответ: Снижение негативного влияния за счет повышения эффективности тепловых машин, что приводит к уменьшению расхода топлива и, как следствие, сокращению вредных выбросов на единицу произведенной энергии.

2. Улучшение качества топлива и переход на альтернативные виды

Состав топлива напрямую влияет на состав продуктов сгорания. Снизить вредные выбросы можно следующими способами:
- Использование более чистых ископаемых видов топлива. Например, природный газ при сгорании выделяет значительно меньше диоксида серы ($SO_2$) и твердых частиц по сравнению с углем и мазутом.
- Предварительная очистка топлива. Например, удаление серы из бензина и дизельного топлива (десульфуризация) предотвращает образование $SO_2$, который является причиной кислотных дождей.
- Переход на альтернативные виды топлива. К ним относятся биотопливо (этанол, биодизель), которые считаются углеродно-нейтральными, и водород, продуктом сгорания которого является только вода ($2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$).

Ответ: Уменьшение выбросов путем использования более качественного и чистого ископаемого топлива, а также постепенный переход на возобновляемые и экологически безопасные альтернативные виды топлива, такие как водород и биотопливо.

3. Очистка отработанных газов

Этот метод предполагает нейтрализацию вредных веществ уже после сгорания топлива, но до их выброса в атмосферу. Для этого применяются специальные системы:
- Каталитические нейтрализаторы в выхлопной системе автомобилей. Они способствуют протеканию химических реакций, превращающих токсичные оксиды азота ($NO_x$), угарный газ (CO) и несгоревшие углеводороды в безвредные азот ($N_2$), углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$).
- Сажевые фильтры (в основном на дизельных двигателях), которые улавливают твердые частицы (сажу).
- Промышленные системы очистки, такие как скрубберы, которые улавливают диоксид серы из дымовых газов ТЭС, и системы селективного каталитического восстановления (SCR) для снижения выбросов оксидов азота.

Ответ: Установка и использование систем очистки выхлопных и дымовых газов (катализаторы, фильтры, скрубберы) для нейтрализации и улавливания вредных веществ перед их попаданием в атмосферу.

4. Переход на альтернативные технологии и источники энергии

Наиболее кардинальный способ — это постепенный отказ от тепловых машин в пользу более чистых технологий.
- Электрификация транспорта. Замена автомобилей с двигателями внутреннего сгорания на электромобили. Эффективность этого шага напрямую зависит от структуры энергетики: максимальный экологический эффект достигается, если электроэнергия для зарядки электромобилей вырабатывается на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ) или АЭС.
- Развитие возобновляемой энергетики. Увеличение доли солнечных, ветряных, гидро- и геотермальных электростанций в общем энергобалансе позволяет сократить использование ТЭС, работающих на ископаемом топливе.
- Использование топливных элементов. Эти устройства преобразуют химическую энергию топлива (например, водорода) непосредственно в электричество без процесса горения, обладая высоким КПД и нулевыми выбросами (в случае водорода).

Ответ: Стратегический переход от технологий, основанных на сжигании топлива, к альтернативным, таким как электротранспорт, возобновляемые источники энергии и водородная энергетика.

5. Снижение общего энергопотребления

Снижение спроса на энергию является фундаментальным способом уменьшения нагрузки на окружающую среду. Чем меньше энергии требуется обществу, тем меньше топлива необходимо сжигать. Меры по энергосбережению включают:
- Повышение энергоэффективности зданий за счет качественной теплоизоляции.
- Использование энергоэффективных бытовых приборов и промышленного оборудования.
- Развитие общественного транспорта и создание инфраструктуры для пешеходов и велосипедистов.
- Оптимизация производственных и логистических процессов для снижения энергозатрат.

Ответ: Внедрение комплексных мер по энергосбережению и повышению энергоэффективности во всех секторах экономики для снижения общей потребности в энергии и, соответственно, уменьшения работы тепловых машин.