Номер 2, страница 90 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 23. Тепловые машины и экология. Темы докладов - номер 2, страница 90.

Условие.

2. Тепловые двигатели и экология.

Решение.

Тепловые двигатели – это устройства, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую работу. Они являются основой современной цивилизации, приводя в движение автомобили, поезда, самолеты и корабли, а также вырабатывая большую часть электроэнергии на планете. Однако их широкое применение имеет серьезные экологические последствия.

1. Влияние на атмосферу и климат

Основной экологический вред от тепловых двигателей связан с выбросами в атмосферу продуктов сгорания ископаемого топлива (угля, нефти, природного газа).

• Парниковый эффект. При сжигании любого углеводородного топлива образуется углекислый газ ($CO_2$). Он является основным парниковым газом, который накапливается в атмосфере и задерживает тепловое излучение Земли. Это приводит к глобальному потеплению, изменению климата, таянию ледников и повышению уровня мирового океана.

• Кислотные дожди. В процессе горения при высоких температурах, особенно в двигателях внутреннего сгорания и на угольных электростанциях, образуются оксиды азота ($NO_x$). Если в топливе содержится сера (что характерно для угля и некоторых сортов нефти), то выделяются и оксиды серы ($SO_x$). Эти оксиды, вступая в реакцию с атмосферной влагой, образуют кислоты (азотную и серную), которые выпадают на землю в виде кислотных дождей. Кислотные дожди наносят ущерб лесам, закисляют водоемы, что ведет к гибели рыбы, и разрушают здания и памятники архитектуры.

• Смог и загрязнение воздуха. Выхлопные газы автомобилей и выбросы промышленных предприятий содержат также угарный газ ($\text{CO}$ – продукт неполного сгорания), несгоревшие углеводороды и твердые взвешенные частицы (сажу). Под воздействием солнечного света оксиды азота и углеводороды образуют фотохимический смог — токсичную смесь газов, которая вызывает проблемы с дыханием, аллергии и другие заболевания у жителей крупных городов.

Ответ: Главное негативное последствие работы тепловых двигателей — это выброс в атмосферу вредных веществ: углекислого газа ($CO_2$), приводящего к глобальному потеплению; оксидов серы ($SO_x$) и азота ($NO_x$), вызывающих кислотные дожди; а также угарного газа, сажи и углеводородов, формирующих смог в городах.

2. Тепловое и шумовое загрязнение

Помимо химического загрязнения атмосферы, работа тепловых двигателей связана и с другими видами воздействия на окружающую среду.

• Тепловое загрязнение. Согласно второму закону термодинамики, любой тепловой двигатель не может преобразовать всю полученную теплоту в работу. Значительная часть энергии ($Q_2$) должна быть отдана более холодному телу — холодильнику. Коэффициент полезного действия (КПД) даже самых современных тепловых двигателей редко превышает 40-60%. Остальная энергия в виде тепла выбрасывается в окружающую среду. Тепловые и атомные электростанции для охлаждения турбин используют воду из рек и озер, сбрасывая ее обратно подогретой. Это приводит к повышению температуры водоемов, снижению концентрации растворенного кислорода и гибели многих видов водных организмов.

• Шумовое загрязнение. Работа двигателей, особенно на транспорте (автомобили, самолеты, поезда) и в промышленности, создает высокий уровень шума. Шумовое загрязнение является стрессовым фактором для человека и животных, нарушая их жизнедеятельность и вызывая проблемы со здоровьем.

Ответ: Тепловые двигатели выбрасывают в окружающую среду огромное количество избыточного тепла, что приводит к тепловому загрязнению водоемов и атмосферы. Кроме того, их работа является источником интенсивного шумового загрязнения.

3. Пути решения экологических проблем

Для снижения негативного воздействия тепловых двигателей на экологию человечество разрабатывает и внедряет комплексные меры.

• Повышение эффективности. Увеличение КПД двигателей позволяет получать то же количество полезной работы при сжигании меньшего количества топлива, что прямо пропорционально снижает объем выбросов. Максимальный теоретический КПД определяется формулой цикла Карно: $\eta = 1 - \frac{T_{хол}}{T_{нагр}}$.

• Очистка выбросов. Современные автомобили оснащаются каталитическими нейтрализаторами, которые превращают токсичные $\text{CO}$, $NO_x$ и углеводороды в безвредные $CO_2$, $N_2$ и $H_2O$. На промышленных предприятиях устанавливают фильтры для улавливания твердых частиц и системы очистки газов от оксидов серы.

• Переход на альтернативные источники энергии. Наиболее радикальным решением является постепенный отказ от двигателей, работающих на ископаемом топливе, в пользу экологически чистых технологий:
  - Электромобили: не производят выбросов в месте эксплуатации, однако их экологичность зависит от способа выработки электроэнергии.
  - Возобновляемые источники энергии (ВИЭ): солнечные, ветровые, гидро- и геотермальные электростанции позволяют получать энергию без сжигания топлива.
  - Водородная энергетика: использование топливных элементов, где в результате реакции водорода с кислородом образуется только вода, считается одной из самых перспективных технологий будущего.

Ответ: Снизить вред от тепловых двигателей можно путем повышения их КПД, установки систем очистки выхлопных газов (катализаторов и фильтров), а также путем глобального перехода на альтернативные виды транспорта (электромобили) и источники энергии (солнечная, ветровая, водородная).