Номер 12, страница 148, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Тепловые двигатели. Параграф 37. Исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 12, страница 148.

Условие.

• Экологически чистые тепловые двигатели.

Решение.

Экологически чистые тепловые двигатели.

Тепловой двигатель — это устройство, которое преобразует тепловую энергию в механическую работу. Классические тепловые двигатели, такие как двигатели внутреннего сгорания (ДВС) в автомобилях или паровые турбины на тепловых электростанциях, работающих на ископаемом топливе (уголь, газ, нефть), наносят значительный вред окружающей среде. При сжигании топлива в атмосферу выбрасываются вредные вещества: углекислый газ ($CO_2$), способствующий глобальному потеплению; оксиды азота ($NO_x$) и серы ($SO_x$), вызывающие кислотные дожди и смог; а также твердые частицы (сажа) и другие токсичные соединения.

Понятие "экологически чистый тепловой двигатель" относится к устройствам, которые минимизируют или полностью исключают вредные выбросы в атмосферу. Экологичность такого двигателя определяется двумя основными факторами: источником тепла и рабочим телом (или продуктами его работы). Абсолютно чистым можно считать двигатель, который использует возобновляемый источник энергии и не производит никаких вредных выбросов.

К перспективным видам экологически чистых или более чистых тепловых двигателей относятся:
1. Двигатель Стирлинга. Это двигатель внешнего сгорания, что является его ключевым преимуществом. Источник тепла находится снаружи двигателя, и он может быть любым: концентрированная солнечная энергия, геотермальное тепло, тепло от сжигания биомассы или даже отработанное тепло промышленных процессов. Если в качестве источника тепла используется солнечное излучение, то работа двигателя не сопровождается никакими выбросами. Даже при сжигании топлива, процесс горения в двигателе Стирлинга происходит непрерывно и при более низких температурах, чем в ДВС, что позволяет добиться более полного сгорания и значительно сократить выбросы $NO_x$ и других вредных веществ.
2. Геотермальные и солнечные электростанции. Эти установки по своей сути являются большими тепловыми двигателями. Геотермальные станции используют тепло земных недр для испарения воды или другого рабочего тела, пар которого вращает турбину (тепловой двигатель). Солнечные тепловые электростанции концентрируют солнечные лучи для нагрева теплоносителя, который затем используется для генерации пара и вращения турбины. В обоих случаях источником энергии является возобновляемый ресурс, а основным "выхлопом" — водяной пар.
3. Двигатели, использующие энергию океана (OTEC). Установки преобразования тепловой энергии океана (Ocean Thermal Energy Conversion) используют разницу температур между теплыми поверхностными и холодными глубинными водами океана для работы теплового двигателя по циклу Ренкина. Рабочим телом обычно выступает жидкость с низкой температурой кипения, например, аммиак. Это полностью экологически чистый способ получения энергии, не производящий вредных выбросов.
4. Термоэлектрические генераторы (элементы Пельтье/Зеебека). Хотя их КПД пока невысок, они напрямую преобразуют разницу температур в электрический ток без каких-либо движущихся частей и выбросов. Их можно использовать для утилизации бросового тепла, например, от выхлопной системы автомобиля или промышленных печей, повышая общую эффективность системы и снижая косвенный вред для экологии.

Важно отличать "более чистые" двигатели от "полностью чистых". Например, двигатели, работающие на водороде, выделяют в основном водяной пар, но сам процесс производства водорода (например, паровой риформинг метана) может быть связан со значительными выбросами $CO_2$. Таким образом, оценка экологичности должна учитывать весь жизненный цикл технологии.

Ответ: Экологически чистые тепловые двигатели – это устройства, преобразующие тепловую энергию в механическую работу с минимальным или нулевым воздействием на окружающую среду. Их экологичность достигается за счет использования возобновляемых источников тепла (солнечная, геотермальная энергия, тепло океана) и отсутствия вредных выбросов в процессе работы. Ключевыми примерами являются двигатели Стирлинга, работающие от солнечных концентраторов, геотермальные и солнечные тепловые электростанции, а также установки преобразования тепловой энергии океана (OTEC).