Номер 13, 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 13, страница 148.

Условие.

• Тепловые двигатели и экология.

Решение.

Тепловые двигатели и экология.

Тепловые двигатели — это устройства, которые преобразуют внутреннюю энергию топлива (теплоту) в механическую работу. Они лежат в основе работы двигателей внутреннего сгорания (в автомобилях, самолетах, кораблях) и турбин на тепловых и атомных электростанциях, являясь фундаментом современной промышленности и транспорта. Однако их широкое применение оказывает серьезное негативное воздействие на экологию.

Основной вред окружающей среде наносится в результате сжигания ископаемого топлива (нефтепродуктов, угля, природного газа), которое является главным источником энергии для большинства тепловых двигателей.

Основные виды экологического воздействия тепловых двигателей:

• Загрязнение атмосферы. При сгорании топлива в атмосферу выбрасывается целый ряд вредных веществ:
  • Диоксид углерода ($CO_2$). Является основным парниковым газом. Накопление $CO_2$ в атмосфере приводит к усилению парникового эффекта, что является причиной глобального потепления и изменения климата.
  • Оксиды серы ($SO_2$) и азота ($NO_x$). Эти соединения, взаимодействуя с водяным паром в атмосфере, образуют серную и азотную кислоты, которые выпадают на землю в виде кислотных дождей. Кислотные дожди наносят ущерб лесам, сельскохозяйственным угодьям, водоемам и разрушают здания.
  • Угарный газ ($CO$). Образуется при неполном сгорании топлива. Это токсичный газ, который при вдыхании блокирует перенос кислорода кровью, что опасно для здоровья человека и животных.
  • Твердые частицы (сажа, зола). Мелкие взвешенные частицы загрязняют воздух, способствуют образованию смога и при попадании в дыхательные пути могут вызывать серьезные заболевания.
  • Углеводороды. Несгоревшие или частично сгоревшие компоненты топлива, многие из которых являются канцерогенами и участвуют в образовании фотохимического смога.
• Тепловое загрязнение. В соответствии со вторым законом термодинамики, тепловые двигатели не могут преобразовать 100% полученной теплоты в полезную работу. Значительная часть энергии (часто более 60%) сбрасывается в окружающую среду в виде отработанного тепла. Например, тепловые и атомные электростанции используют для охлаждения воду из рек и озер, а затем сбрасывают ее обратно подогретой. Это повышает температуру водоемов, снижает содержание в воде растворенного кислорода и губительно сказывается на водных экосистемах.

Способы снижения негативного влияния тепловых двигателей:

Для борьбы с негативными последствиями работы тепловых двигателей разрабатываются и применяются различные меры:

1. Повышение коэффициента полезного действия (КПД). Чем эффективнее двигатель, тем меньше топлива ему требуется для выполнения той же работы, а значит, и объём вредных выбросов сокращается. Это достигается за счет совершенствования конструкции двигателей, использования новых материалов и технологий (например, систем турбонаддува, прямого впрыска, гибридных установок).
2. Очистка выбросов. Установка на транспортные средства каталитических нейтрализаторов позволяет превращать токсичные оксиды азота, угарный газ и углеводороды в безвредные азот, углекислый газ и воду. На промышленных объектах (ТЭС, заводы) применяют сложные системы фильтров и скрубберов для улавливания твердых частиц и оксидов серы.
3. Использование альтернативных видов топлива. Переход на более чистые виды топлива, такие как природный газ, биотопливо (этанол, биодизель) и водород, позволяет существенно снизить вредные выбросы. Продуктом сгорания чистого водорода является только вода.
4. Переход к альтернативным источникам энергии. Наиболее кардинальным решением является постепенный отказ от двигателей, работающих на ископаемом топливе, в пользу возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, геотермальной) и развитие электротранспорта. Эффективность этого подхода напрямую зависит от "чистоты" источников, вырабатывающих электроэнергию.

Ответ:
Тепловые двигатели оказывают значительное негативное влияние на экологию, в основном из-за сжигания ископаемого топлива. Это приводит к выбросам парниковых газов (например, $CO_2$), вызывающих изменение климата, и токсичных веществ ($NO_x, SO_2, CO$), которые приводят к кислотным дождям, смогу и наносят вред здоровью. Также происходит тепловое загрязнение водоемов и атмосферы. Пути решения этой проблемы включают повышение КПД двигателей, установку систем очистки выхлопных газов, переход на более экологичное топливо (природный газ, водород) и развитие альтернативной энергетики и электротранспорта.