Номер 9, 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 9, страница 148.

Условие.

• Тепловые машины и глобальное потепление.

Решение.

Связь между работой тепловых машин и глобальным потеплением является прямой и одной из ключевых проблем современной цивилизации. Она заключается в воздействии продуктов работы этих машин на климат Земли.

1. Принцип работы тепловых машин и выбросы

Тепловая машина — это устройство, которое преобразует внутреннюю энергию топлива (теплоту) в механическую работу. К ним относятся двигатели внутреннего сгорания (ДВС), используемые в автомобилях, самолетах, кораблях, а также паровые и газовые турбины на тепловых и атомных электростанциях.

Подавляющее большинство используемых в мире тепловых машин работают за счет сжигания ископаемого топлива — угля, нефти и природного газа. Процесс горения этих углеводородов неизбежно приводит к образованию диоксида углерода (углекислого газа, $CO_2$) и других соединений, которые выбрасываются в атмосферу.

2. Парниковый эффект и роль $CO_2$

Углекислый газ является основным парниковым газом. Парниковые газы в атмосфере Земли работают как стекло в теплице: они свободно пропускают видимый свет от Солнца, но задерживают тепловое (инфракрасное) излучение, идущее от нагретой поверхности планеты. Этот естественный парниковый эффект поддерживает на Земле температуру, пригодную для жизни.

Однако массовые выбросы $CO_2$ от сжигания топлива в тепловых машинах приводят к увеличению его концентрации в атмосфере. Это усиливает естественный парниковый эффект, вызывая так называемый антропогенный (созданный человеком) перегрев планеты. Дополнительное тепло задерживается у поверхности, что приводит к постепенному росту средней температуры на Земле. Этот процесс называется глобальным потеплением.

3. Прямое тепловое загрязнение

Согласно второму закону термодинамики, ни одна тепловая машина не может преобразовать всю полученную от нагревателя теплоту ($Q_{нагр}$) в полезную работу ($\text{A}$). Часть теплоты ($Q_{хол}$) обязательно должна быть передана более холодному телу — холодильнику (в роли которого выступает окружающая среда). Коэффициент полезного действия (КПД) идеальной тепловой машины (работающей по циклу Карно) ограничен: $\eta = \frac{A}{Q_{нагр}} = \frac{Q_{нагр} - Q_{хол}}{Q_{нагр}} = 1 - \frac{T_{хол}}{T_{нагр}}$.

Это означает, что любая тепловая электростанция или автомобиль выбрасывает в окружающую среду огромное количество "отработанного" тепла. Это приводит к локальному повышению температуры воздуха и воды, что негативно сказывается на местных экосистемах (например, нагрев рек и озер). Хотя этот вклад в общее повышение температуры планеты меньше, чем от парникового эффекта, он является существенным фактором экологического загрязнения.

4. Итог

Таким образом, широкое использование тепловых машин, работающих на ископаемом топливе, является главным драйвером глобального потепления из-за масштабных выбросов углекислого газа. Для решения этой проблемы человечество стремится повышать КПД существующих двигателей, переходить на возобновляемые источники энергии (солнечная, ветровая), развивать атомную энергетику, электрифицировать транспорт и искать новые, экологически чистые виды топлива (например, водород).

Ответ: Тепловые машины, сжигая ископаемое топливо для получения работы, выбрасывают в атмосферу углекислый газ ($CO_2$). Этот газ усиливает парниковый эффект, что приводит к удержанию тепла в атмосфере и является основной причиной глобального потепления — долгосрочного повышения средней температуры на планете.