Физика тепловые двигатели тепловые машины экология

Экологические проблемы использования тепловых двигателей

Сохранение земли – важная задача, ведь прогресс ведет к неизбежным изменениям и загрязнению окружающей среды. Одна из проблем, которая сильно влияет на загрязнение это применение тепловых машин.

История создания и принцип действия

Тепловой двигатель – устройство, превращающее тепловую энергию в механическую. Древнегреческий учёный Герон Александрийский ещё в первом веке до н. э. описал в трактате «Пневматика» паровую турбину, которую назвал шаром Эола. Во втором веке появились первые примитивные устройства в Риме. Реактивный двигатель известен человечеству с далёких времён. Он применялся для образования реактивных снарядов и фейерверков в Китае и других азиатских государствах в XIII веке. Современные тепловые двигатели начали появляться в конце XVIII века. И. Ползунов — изобретатель из Алтая в 1764 году предложил проект первого аппарата в мире, который использовал горячий пар для превращения теплоты в механическую энергию. Испытания установки были успешно завершены в конце 1765 года. Машина была работоспособной, но широкого применения не получила. Патентное право на паровой агрегат не был оформлен. Сегодня изобретателем первой паровой установки считается Джеймс Уатт – изобретатель из Англии.

Для работы двигателя нужна разность давлений по обе стороны поршня двигателя. Она создаётся при нагревании рабочего тела (сгорание топлива). После повышения температуры на сотни градусов, газ, обладая достаточной внутренней энергией, расширяется и совершает работу. Пока не охладится до температуры окружающей среды.

Виды тепловых двигателей:

1. Двигатель Стирлинга — тепловой агрегат, принцип действия которого заключается в круговороте газообразного или жидкого рабочего тела в замкнутом пространстве. Само вещество периодически охлаждается и нагревается. Работа совершается при изменении объёма рабочего тела.
2. Паровая машина, при её применении не используется редуктор. В качестве тягового двигателя она лучше двигателя внутреннего сгорания. К недостаткам устройства относятся: вес аппарата, небольшая скорость, низкий КПД, постоянное применение воды и топлива.
3. Двигатель внутреннего сгорания, во время его работы часть сгорающего топлива преобразуется в работу. ДВС классифицируют в зависимости от:

• потреблённого топлива (бензин, бутан, солярка, пропан, солярка, метан);
• приготовления смеси (инжектор, карбюратор, дизель);
• цикла работы (2–4 тактные моторы);
• превращение энергии (поршень, турбина или комбинация).

Э. Ленуар в 1860 году создал первый ДВС. Четырёхтактный двигатель применяют в автомобилях.

1. Роторные моторы внутреннего сгорания. Как поршень, здесь работает ротор в специальном пространстве. В нём существуют отверстия впуска и выпуска и свеча зажигания. Для роторного мотора даже подойдёт дешёвое горючее.

1. Реактивные, ракетные тепловые двигатели. Работают установки из-за силы тяги, созданной от отдачи выхлопных газов. Могут функционировать в пространстве без воздуха.
2. Турбовинтовые двигатели — тип газотурбинного двигателя, в котором основная часть энергии горячих газов используется для привода воздушного винта через понижающий частоту вращения редуктор, и лишь небольшая часть энергии составляет выхлоп реактивной тяги.

В чём экологические проблемы использования тепловых машин

Проблема №1 заключается в нагревании окружающей среды, атмосферы. Вследствие чего наблюдается глобальное потепление и таяние ледников. Влияние на экологию:

• загрязнение атмосферы азотными и серными веществами;
• из воздуха используется кислород;
• выделяется углекислый газ;
• >50% загрязнений воздуха происходит из-за автомобилей (2–3 млн тонн свинца выбрасывается каждый год);
• топливо полностью не сгорает, при этом в атмосферу выделяются около 200 млн тонн сажи, золы, 70 тонн оксида серы.

Как происходит загрязнение

При работе теплового двигателя сжигаются нефть и уголь с выбросом серных и азотных соединений. Постоянное выделение теплоты в атмосферу приводит к увеличению средней температуры на Земле. С использованием тепловых машин вырос объём углекислого газа в воздухе — это может создать «парниковый эффект». Ежегодное повышение температуры на планете в дальнейшем приведёт к полной перемене климата (как считают учёные).

Негативное влияние на экологию

Вред, связанный с применением тепловых двигателей давно доказан. Они издавна загрязняли окружающий воздух. Дополнительный отрицательный эффект был связан с составом дыма. Мелкодисперсная угольная пыль попадала в лёгкие человека. Химический состав выбросов современного транспорта ещё хуже. Поэтому наблюдаются болезни лёгких: аллергические, обструктивные изменения; онкологические заболевания.

Экологические проблемы использования тепловых двигателей:

1. кислотные дожди;
2. разрушение озонового слоя;
3. парниковый эффект.

Заключение

Проблемы, связанные с отрицательным воздействием тепловых машин на окружающую атмосферу, никто не отрицает и человечество всё больше внимания обращает на них. Постепенно люди начинают использовать электроавтомобили, больше электровозов, отказываясь от тепловых двигателей.

Экологические проблемы использования тепловых двигателей, способы решения:

1. Совершенствование теплодвигателей.
2. Вторичное применение выхлопных газов.
3. Альтернативные виды энергии.

Источник статьи: http://ecology360.ru/ekologicheskie-problemy/ekologicheskie-problemy-ispolzovaniya-teplovyh-dvigatelej

Экологические проблемы тепловых машин

Использовать тепло для совершения какой-либо механической работы люди научились еще несколько веков назад. Для деятельности тепловых машин практически всегда нужно топливо, которое сгорает и образует выхлоп. Таким образом, происходит загрязнение окружающей среды.

Что такое тепловая машина?

Тепловыми машинами называют двигатели и более простые механизмы, использующие тепловую энергию для выполнения определенных функций. Данный термин очень широк и включает в себя множество самых разных устройств от котла парового отопления до дизельного двигателя магистрального тепловоза.

Механизмы, так или иначе использующие тепло, окружают нас каждый день. Если говорить строго, то даже обычный холодильник попадает под определение тепловой машины, так как работает с теплом. Он переносит его из холодильной камеры на «радиатор», установленный на задней стенке, тем самым незаметно нагревая воздух в комнате. Однако холодильник не создает никаких выбросов, чего не скажешь о большинстве других тепловых механизмов.

Как работает тепловая машина?

Принцип работы механизмов, использующих тепло, различен. Но у большей их части есть одно общее обстоятельство: они сжигают топливо и образуют дым. Он состоит из недогоревших частичек топлива, так как 100% сгорание является невозможным в большинстве условий.

Суть тепловой машины можно легко понять на примере паровоза. Этот локомотив, который уже не встретишь на регулярных железнодорожных рейсах, имеет в своей основе большой бак с водой и топку. В качестве топлива используется уголь, который, сгорая, нагревает воду. Та, в свою очередь, начинает превращаться в пар, толкающий поршни. Система поршней и тяг соединена с колесами и заставляет их вращаться. Таким образом, паровоз является тепловой машиной и без тепла ни смог бы тронуться с места.

В процессе сгорания угля в паровозной топке образуется угольный дым. Он выбрасывается через трубу в открытый воздух, оседая на кузове паровоза, листьях деревьев, зданиях вдоль железнодорожного пути и т.д.

Негативное влияние на экологию

Тепловые машины наносят вред окружающей среде из-за их огромного количества, а также из-за применения химических видов топлива. Рассмотренный ранее паровоз, вряд ли мог загрязнить окружающую среду, если бы был один. Но парк паровозов в странах мира был огромен, и они вносили немалую лепту в создание дымных смогов над крупными городами. И это при том, что дым представлял собой мельчайшую угольную пыль.

Дым от современного транспорта имеет гораздо более «интересный» состав. Дизельное топливо, бензин, керосин, мазут и другие нефтяные производные являются химическими веществами, которые в процессе сгорания дополнительно модифицируются, представляя серьезную опасность для здоровья человека. Крайне негативно влияют они и на живую природу. Более того, постоянные выбросы горячих выхлопных газов и дыма от промышленных предприятий усиливают парниковый эффект, грозящий глобальным потеплением.

Методы борьбы с влиянием тепловых машин

Уменьшить негативное влияние на окружающую среду от тепловых механизмов можно путем их доработки и более рационального использования. В настоящее время по всему миру активно внедряются энергосберегающие технологии, которые, в свою очередь, приводят к уменьшению выбросов в атмосферу даже при производстве электрической энергии.

Вторым шагом является разработка новых систем фильтрации, а также вторичное использование отработанного дыма или выхлопных газов. Системы замкнутого цикла позволяют увеличить количество полезной работы одновременно с уменьшением выброса вредных веществ в атмосферу.

Источник статьи: http://ecoportal.info/ekologicheskie-problemy-teplovyx-mashin/

Презентация по физике » Тепловые двигатели и их влияние на окружающую среду»

Описание презентации по отдельным слайдам:

ФРОЛОВА Н.М. МОБУ СОШ №90 Р.П. ЧУНСКИЙ

Вращайтесь, мощные колеса, Свистите, длинные ремни, Горите свыше, впрямь и косо, Над взмахами валов, огни! Пуды, бросая, как пригоршню, В своем разлете роковом Спешите, яростные поршни, Бороться с мертвым естеством! Валерий Брюсов

ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ? Тепловой двигатель – это устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

ВИДЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ:

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ. 1690 – пароатмосферная машина Д.Папена 1705 — пароатмосферная машина Т.Ньюкомена для подъема воды из шахты 1763-1766 – паровой двигатель И.И.Ползунова 1784 – паровой двигатель Дж.Уатта 1865 – двигатель внутреннего сгорания Н.Отто 1871 – холодильная машина К.Линде 1897 – двигатель внутреннего сгорания Р.Дизеля (с самовоспламенением)

В апреле 1763 г. Ползунов демонстрировал работу огнедействующей машины «для заводских нужд»

В 1781 г. Джеймс Уатт получил патент на изобретение второй модели своей машины. В 1782 г. эта замечательная машина, первая универсальная паровая машина «двойного действия», была построена.

К 1863 году был готов первый образец атмосферного газового двигателя с поршнем от авиационного мотора и ручным стартером, работавшим на смеси бензина и воздуха. Двигатель внутреннего сгорания Н.Отто

1878 – 1888 гг. Рудольф Дизель работает над созданием двигателя принципиально новой конструкции. В голову ему приходит создание абсорбционного двигателя, работавшего на аммиаке, а в роли топлива должна была выступать специальная пудра, полученная из каменного угля.

УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Три основных элемента любого теплового двигателя: 1.Нагреватель, сообщающий энергию рабочему телу. 2. Рабочее тело (газ или пар), совершающее работу. 3.Холодильник, поглощающий часть энергии от рабочего тела.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Принцип действия теплового двигателя основан на свойстве газа или пара при расширении совершать работу. В процессе работы теплового двигателя периодически повторяются расширения и сжатия газа. Расширения газа происходят самопроизвольно, а сжатия под действием внешней силы.

Нагреватель. T₁ Холодильник. T₂ Рабочее тело Q₁ Q₂ Q₁ — Q₂= A Как работает тепловой двигатель?

КПД ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ. Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД) – отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты, полученной от нагревателя.

КПД ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Тепловой двигатель К П Д в % Паровая машина Ползунова Уатта 1 3 -4 Паровая турбина 35 Газовая турбина 45 Двигатель внутреннего сгорания 20 -35 Двигатель Дизеля Первый Тракторный Стационарный 22 28 — 32 34 — 44 Реактивный двигатель 47

Карно Никола Леонард Сади (1796-1832 г.)- французский физик и инженер. Свои исследования он изложил в сочинении «размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Он предложил идеальную тепловую машину.

1 – 2 — изотермическое расширение. А₁₂ = Q₁ 2 – 3 – адиабатное расширение А ₂₃ = — ∆U₂₃ 3 – 4 — изотермическое сжатие A₃₄= A сж = Q₂ 4 – 1 – адиабатное сжатие A₄₁= ∆U₄₁ ЦИКЛ КАРНО – САМЫЙ ЭФФЕКТИВНЫЙ ЦИКЛ, ИМЕЮЩИЙ МАКСИМАЛЬНЫЙ КПД.

ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ. Тепловые двигатели – необходимый атрибут современной цивилизации. С их помощью вырабатывается около 80 % электроэнергии. Без тепловых двигателей (ДД, ДВС) невозможно представить современный транспорт. Паротурбинные двигатели применяются на водном транспорте. Газотурбинные — в авиации. Ракетные двигатели используются в ракетно – космической технике.

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ ТОПЛИВА ПРИ ДВИЖЕНИИ АВТОМОБИЛЯ. 80 % — бесполезные потери 20 % — полезно затраченная энергия: 3 % — освещение 4 % — преодоление сопротивления 4 % — работа силы трения колес 9 % — движение автомобиля

ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ. Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов. Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается. Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. В-третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу 2-3 тонны свинца.

Выбросы вредных веществ в атмосферу – не единственная сторона воздействия тепловых двигателей на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на Земле.

Методы борьбы с вредными воздействиями тепловых двигателей на окружающую среду *Один из способов уменьшения путей загрязнения окружающей среды связан с использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. *Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.

Другой способ заключается в увеличении КПД тепловых двигателей. *В институте нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН разработаны новейшие технологии превращения углекислого газа в метанол (метиловый спирт) и диметиловый эфир, увеличивающие в 2-3 раза производительность аппаратов при значительном уменьшении электроэнергии. Здесь был создан реактор нового типа, в котором производительность увеличена в 2-3 раза. Введение этих технологий снизит накопление углекислого газа в атмосфере и поможет не только создать альтернативное сырьё для синтеза многих органических соединений, основой для которых сегодня служит нефть, но и решить упомянутые выше экологические проблемы.

«НЕЛЬЗЯ ДОПУСТИТЬ, ЧТОБЫ ЛЮДИ НАПРАВЛЯЛИ НА СОБСТВЕННОЕ УНИЧТОЖЕНИЕ ТЕ СИЛЫ ПРИРОДЫ, КОТОРЫЕ СУМЕЛИ ОТКРЫТЬ И ПОКОРИТЬ» Ф. ЖОЛИО – КЮРИ.

Использование тепловых двигателей дает человеку огромные возможности и одновременно является наиболее сильным фактором разрушения природы.

«Могущество страны не только в одном материальном богатстве, но и в духе народа. Чем шире, свободнее эта душа, тем большего величия и силы достигает государство. А что воспитывает широту духа, как не эта удивительная природа! Её надо беречь, как мы бережём самую жизнь человека. Потомки никогда не простят нам опустошения земли, надругательства над тем, что по праву принадлежит не только нам, но и им.» П.И.Чайковский

Номер материала: ДБ-655957

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник статьи: http://infourok.ru/prezentaciya-po-fizike-teplovie-dvigateli-i-ih-vliyanie-na-okruzhayuschuyu-sredu-2077939.html