Энергия для транспорта, страница 59 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

В повседневной жизни мы постоянно пользуемся автомобилями, мотоциклами, тепловозами, самолетами.

Как они работают?

Какую энергию они используют?

Как работа двигателей этих машин влияет на окружающую среду?

Как они работают?

Большинство транспортных средств, таких как автомобили, мотоциклы и тракторы, используют двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Принцип их работы основан на сжигании топлива внутри двигателя. В цилиндр подается топливно-воздушная смесь, которая сжимается поршнем и поджигается (либо искрой в бензиновом ДВС, либо от высокой температуры при сжатии в дизельном). Происходит микровзрыв, и образовавшиеся раскаленные газы с силой толкают поршень. Поступательное движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем через трансмиссию передается на колеса, заставляя машину двигаться.

Тепловозы, как правило, работают по дизель-электрической схеме. В них мощный дизельный двигатель вращает не колеса, а вал электрического генератора. Выработанная электроэнергия питает тяговые электродвигатели, установленные на колесных парах. Это позволяет эффективно управлять тягой и развивать большое усилие на низких скоростях.

Современные самолеты используют турбореактивные двигатели. Они всасывают воздух, сжимают его компрессором, смешивают с топливом (керосином) в камере сгорания и поджигают. Продукты сгорания — горячие газы — с огромной скоростью выбрасываются из сопла, создавая реактивную тягу, которая толкает самолет вперед по третьему закону Ньютона.

Ответ: Транспортные средства работают за счет преобразования энергии топлива в механическую работу с помощью двигателей. В автомобилях и мотоциклах это чаще всего двигатель внутреннего сгорания (ДВС), в тепловозах — дизель-электрическая установка, а в самолетах — турбореактивные двигатели.

Какую энергию они используют?

Все перечисленные машины используют химическую энергию, которая заключена в молекулах органического ископаемого топлива. Эта энергия высвобождается в виде тепла во время химической реакции горения (быстрого окисления) топлива в двигателе.

Основные виды топлива — это продукты переработки нефти:

• Бензин — для легковых автомобилей и мотоциклов.
• Дизельное топливо — для грузовиков, тепловозов, кораблей и сельскохозяйственной техники.
• Авиационный керосин — для самолетов с реактивными двигателями.

В двигателе происходит следующая цепь преобразований энергии: химическая энергия топлива превращается в тепловую энергию горячих газов. Далее тепловая энергия преобразуется в механическую работу (движение поршней или вращение турбины), которая, в свою очередь, переходит в кинетическую энергию движения транспортного средства. При этом значительная часть энергии (в ДВС более 70%) теряется, рассеиваясь в окружающую среду в виде тепла.

Ответ: Эти машины используют химическую энергию, которая содержится в ископаемом топливе (бензин, дизельное топливо, керосин). В двигателе химическая энергия преобразуется в тепловую, а затем в механическую, которая и приводит транспорт в движение.

Как работа двигателей этих машин влияет на окружающую среду?

Работа двигателей, сжигающих ископаемое топливо, оказывает существенное негативное влияние на окружающую среду по нескольким направлениям:

1. Загрязнение атмосферного воздуха. При сгорании топлива в атмосферу выбрасываются вредные вещества:

• Углекислый газ ($CO_2$) — основной продукт сгорания; является главным парниковым газом, вызывающим глобальное изменение климата.
• Угарный газ ($CO$) — токсичный газ, образующийся при неполном сгорании топлива.
• Оксиды азота ($NO_x$) — образуются при высокой температуре в цилиндрах; приводят к образованию смога и кислотных дождей.
• Твердые частицы (сажа) — особенно характерны для дизельных двигателей; опасны для дыхательной системы человека.
• Диоксид серы ($SO_2$) — образуется из-за примесей серы в топливе; является одной из главных причин кислотных дождей.
• Углеводороды ($C_xH_y$) — остатки несгоревшего топлива, многие из которых токсичны и канцерогенны.

2. Шумовое загрязнение. Работа двигателей и движение транспорта, особенно самолетов и поездов, создают сильный шум, который вреден для здоровья людей и диких животных.

3. Тепловое загрязнение. Двигатели неэффективны и большую часть энергии топлива превращают в тепло, которое выбрасывается в окружающую среду. В масштабах крупных городов это приводит к повышению локальной температуры (эффект "теплового острова").

4. Истощение невозобновляемых ресурсов. Нефть, газ и уголь, из которых производят топливо, являются исчерпаемыми ресурсами, и их запасы на планете ограничены.

Ответ: Работа двигателей приводит к загрязнению атмосферы вредными выбросами ($CO_2$, $NO_x$, сажа), которые вызывают глобальное потепление, кислотные дожди и смог. Кроме того, двигатели создают шумовое и тепловое загрязнение, а также способствуют истощению невозобновляемых природных ресурсов (нефти).