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

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

Условие.

2. Каковы способы уменьшения отрицательного влияния тепловых машин на экологию?

Решение.

Тепловые машины, такие как двигатели внутреннего сгорания в автомобилях и турбины на тепловых электростанциях, оказывают значительное отрицательное влияние на экологию. Основные проблемы — это загрязнение атмосферы вредными выбросами, тепловое загрязнение и потребление невозобновляемых ископаемых ресурсов. Существует несколько основных способов уменьшения этого негативного влияния.

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 расхода топлива и, как следствие, к уменьшению выбросов всех загрязняющих веществ, включая парниковый газ диоксид углерода ($CO_2$). Способы повышения КПД включают в себя: совершенствование конструкции двигателей, использование новых материалов для снижения трения и повышения рабочих температур, применение систем турбонаддува. Для тепловых электростанций эффективным решением является использование парогазовых установок (ПГУ) и когенерация — комбинированная выработка электрической и тепловой энергии, когда сбросное тепло от производства электроэнергии используется для отопления и горячего водоснабжения.

Улучшение качества топлива и переход на экологически чистые виды топлива

Использование топлива с меньшим содержанием вредных примесей (например, серы в дизельном топливе и мазуте) значительно сокращает выбросы оксидов серы ($SO_x$), которые являются одной из главных причин кислотных дождей. Переход ТЭЦ с угля на природный газ также существенно снижает выбросы твердых частиц, оксидов серы и азота. Перспективным направлением является постепенный переход на альтернативные виды топлива: биотопливо (из растительного сырья), синтетическое топливо и водород. Эти виды топлива при сгорании производят меньше вредных веществ или не производят их вовсе (в случае чистого водорода, продуктом сгорания которого является вода).

Очистка выхлопных и дымовых газов

Этот метод заключается в нейтрализации или улавливании вредных веществ перед их выбросом в атмосферу. В современных автомобилях для этого используются каталитические нейтрализаторы выхлопных газов. В них токсичные компоненты, такие как угарный газ ($\text{CO}$), оксиды азота ($NO_x$) и несгоревшие углеводороды, вступают в реакцию на катализаторе и преобразуются в безвредные азот ($N_2$), углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$). На промышленных предприятиях и ТЭЦ применяются сложные многоступенчатые системы газоочистки: электрофильтры для улавливания твердых частиц (золы, сажи), скрубберы для химического связывания оксидов серы, а также системы селективного каталитического восстановления для снижения выбросов оксидов азота.

Снижение теплового загрязнения

Любая тепловая машина в соответствии со вторым законом термодинамики отдает часть полученной от топлива энергии в виде теплоты окружающей среде (холодильнику). Масштабные выбросы тепла, например, от ТЭЦ, приводят к повышению температуры близлежащих водоемов, что нарушает баланс водных экосистем. Для борьбы с этим применяются градирни (охладительные башни), где вода охлаждается за счет испарения при контакте с воздухом, прежде чем быть сброшенной в водоем. Наиболее рациональный способ — это утилизация сбросного тепла для полезных целей, то есть та же когенерация, что одновременно повышает и общий КПД станции.

Переход к альтернативным источникам энергии и транспорта

Наиболее кардинальным способом является постепенный отказ от использования тепловых машин, работающих на ископаемом топливе. В сфере производства электроэнергии это означает опережающее развитие возобновляемых источников: солнечных, ветровых, гидро- и геотермальных электростанций, а также атомной энергетики (которая хоть и использует тепловые машины, но не производит выбросов $CO_2$). В транспортной сфере — это переход на электромобили и водородные автомобили, а также развитие эффективного и доступного общественного транспорта.

Ответ: Основными способами уменьшения отрицательного влияния тепловых машин на экологию являются: повышение их коэффициента полезного действия (КПД), улучшение качества используемого топлива и переход на его экологически чистые виды (водород, биотопливо), обязательная очистка выхлопных газов от вредных примесей, снижение теплового загрязнения окружающей среды (в частности, за счет когенерации) и глобальный переход к альтернативным, возобновляемым источникам энергии и экологически чистым видам транспорта (например, электромобилям).