Ответьте на вопросы, страница 101 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему в современных разработках тепловых двигателей большое внимание уделяется энергии солнца?

2. В чем преимущество водородного топлива?

3. С какими проблемами столкнулись производители автомобилей на водородном топливе?

1. Почему в современных разработках тепловых двигателей большое внимание уделяется энергии солнца?

В современных разработках тепловых двигателей большое внимание уделяется энергии солнца по нескольким ключевым причинам. Во-первых, это экологическая чистота. Традиционные тепловые двигатели работают на ископаемом топливе (уголь, нефть, газ), сжигание которого приводит к выбросам парниковых газов, вызывающих изменение климата, и других вредных веществ, загрязняющих атмосферу. Солнечная энергия является возобновляемым и чистым источником, не производящим вредных выбросов в процессе эксплуатации. Во-вторых, это неисчерпаемость и энергетическая безопасность. Запасы ископаемого топлива ограничены, в то время как Солнце будет поставлять энергию еще миллиарды лет. Использование солнечной энергии позволяет снизить зависимость от цен на ископаемое топливо и геополитических рисков. Тепловые двигатели, например, турбины на солнечных электростанциях концентрирующего типа, используют солнечный свет для нагрева теплоносителя, который затем приводит в действие турбину для выработки электроэнергии, заменяя таким образом традиционное топливо.

Ответ: Энергия солнца является экологически чистым, возобновляемым и практически неисчерпаемым источником, что делает её привлекательной альтернативой ограниченным и загрязняющим окружающую среду ископаемым видам топлива для работы тепловых двигателей.

2. В чем преимущество водородного топлива?

Основное преимущество водородного топлива заключается в его высокой экологичности. При реакции водорода с кислородом в топливном элементе или при его сжигании единственным продуктом является вода. Химическое уравнение реакции: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$. Это означает полное отсутствие выбросов углекислого газа ($CO_2$), угарного газа ($CO$), оксидов серы и твердых частиц, которые являются главными загрязнителями при сжигании углеводородного топлива. Вторым важным преимуществом является его высочайшая энергоемкость по массе. Удельная теплота сгорания водорода составляет около 120 МДж/кг, что почти в три раза больше, чем у бензина (около 44 МДж/кг). Это значит, что для хранения одинакового количества энергии требуется значительно меньшая масса водорода. Наконец, водород является самым распространенным элементом во Вселенной, и на Земле его запасы в связанном виде (например, в воде) практически неисчерпаемы.

Ответ: Главные преимущества водородного топлива — это экологическая чистота (продуктом реакции является вода) и очень высокая удельная теплота сгорания по массе.

3. С какими проблемами столкнулись производители автомобилей на водородном топливе?

Производители автомобилей на водородном топливе столкнулись с рядом серьезных проблем:

Производство: Большая часть водорода в мире производится из природного газа, что сопровождается выбросами $CO_2$. Экологически чистое производство путем электролиза воды с использованием возобновляемых источников энергии пока остается слишком дорогим и энергозатратным.

Хранение на борту: Водород — очень легкий газ, и его хранение в автомобиле является сложной технической задачей. Хранение в сжатом виде (под давлением до 700 атмосфер) требует тяжелых, громоздких и дорогих баллонов. Хранение в жидком виде требует поддержания криогенных температур (–253 °C), что ведет к потерям топлива из-за испарения и требует очень сложной теплоизоляции бака.

Инфраструктура: Почти полное отсутствие сети водородных заправочных станций. Создание такой инфраструктуры требует колоссальных капиталовложений и является главной преградой для массового внедрения водородных автомобилей.

Стоимость и надежность: Автомобили на водородных топливных элементах значительно дороже в производстве, чем бензиновые аналоги и электромобили. В топливных элементах используются дорогие катализаторы (например, платина). Также остаются вопросы к долговечности и стоимости обслуживания ключевых компонентов.

Ответ: Основные проблемы включают дорогое и не всегда экологичное производство водорода, сложность и дороговизну его хранения на борту автомобиля, отсутствие заправочной инфраструктуры, а также высокую стоимость самих автомобилей и их ключевых компонентов.