При каком режиме двигателя автомобиль представляет наибольшую опасность для окружающей среды

Негативное влияние автомобилей на окружающую среду

Негативное влияние автомобилей на окружающую среду очевидно. В нашем мире невозможно прожить без использования двигателей внутреннего сгорания. Человеком используются эти механизмы как в бытовой, так и в других видах деятельности. К сожалению, помимо всех тех положительных качеств, которые несет с собой использование двигателей внутреннего сгорания, также наблюдается и множество отрицательных факторов. Основным из них является негативное воздействие на окружающую среду.

Это негативное влияние с каждым годом только увеличивается, это связано с тем, что спрос на автомобили тоже растет. Двигатели внутреннего сгорания, на которых работают все автомобили, за время своей работы сжигают просто огромное количество нефтепродуктов разной степени очистки. Это наносит вред окружающей среде и, в первую очередь, атмосфере. Так как автомобили в большом количестве в основном сосредоточены в больших городах, то воздух в мегаполисах обеднен кислородом и загрязнен продуктами горения нефтепродуктов. Такой воздух приносит вред здоровью человека, из-за такого воздействия нарушается экологическая среда, меняются природные и климатические условия. Также общеизвестно, что из воздуха эти вредные продукты попадают еще и в воду, а значит, загрязняется и водная среда.

В процессе сгорания топливных жидкостей происходит выброс следующих веществ в большом количестве:

1. Оксид углерода. Это вещество очень токсично, то есть представляет опасность для природной среды и для человека. Если человек будет вдыхать этот газ в небольшой концентрации на протяжении небольшого количества времени, то возможно отравление, которое может привести к обмороку. Оксид углерода поражает кору головного мозга человека, вызывает необратимые расстройства нервной системы.

2. Твердые частицы. При сгорании топливных жидкостей также происходит выброс в атмосферу твердых частиц, которые при вдыхании человеком могут повлечь за собой нарушение работы многих внутренних органов, а, в первую очередь, органов дыхания. Кроме этого, эти элементы оказывают негативное влияние на окружающую среду, в частности, на водоемы, образуют пыль, которая препятствует росту растений.

3. Оксид азота. Во время контакта с влажной поверхностью происходит образование азотистой и азотной кислот, которые своим действием приводят к различным нарушениям работы органов дыхания. Действие этого элемента на кровеносную систему приводит также к различным нарушениям.

4. Сернистый ангидрид. Этот элемент является высокотоксичным элементом, который оказывает самое негативное влияние на всех теплокровных существ. Воздействие этого элемента может вызвать у человека почечную недостаточность, легочно – сердечную недостаточность, расстройство сердечно – сосудистой системы и т. д. Также сернистый ангидрид оказывает разрушающее действие на строительные конструкции, в его присутствии ускоряется рост коррозии металлических предметов.

5. Сероводород. Это удушливый и токсичный газ, который вызывает у человека расстройство нервной, сердечно – сосудистой, дыхательной систем. При длительном воздействии может вызвать тяжелые формы отравления, которые могут привести к летальному исходу.

6. Ароматические углеводороды. Также очень токсичные элементы, которые могут вызвать очень негативные последствия для человеческого организма.

7. Бензапирен. Очень канцерогенное вещество, которое может вызывать мутационные изменения в организме человека.

8. Формальдегид. Имеет очень токсичное действие, которое влияет на нервную системы человека, на многие органы и вызывает необратимые последствия для здоровья человека.

Опасность неотработанных элементов горения нефтепродуктов заключается, в первую очередь, в том, что это воздействие невозможно увидеть сразу, многие из вредных веществ имеет свойство накапливаться в организме человека, многие не выводятся из него вообще. Иногда последствия такого воздействия можно увидеть только через годы, тогда, когда уже невозможно что-либо изменить. В последствии это приводит к тому, что многие заболевания становятся наследственными, многие болезни получили очень широкое распространение.

Помимо влияния, связанного с последствиями сгорания топливных жидкостей, автомобили оказывают и другое негативное влияние на окружающую среду. Влияние автомобилей на жизнь человека тоже проявляется не только в положительном ключе, но, в первую очередь и главным образом, в негативном направлении. Автомобили оказывают огромное шумовое воздействие на человека. Шумы, которые издаются при работе двигателя автомобиля, вызывают у человека чрезмерную усталость у людей, что может служить поводом к различным психическим и нервным расстройствам. Постоянно превышается шумовой порог, при котором возможна нормальная работа органов слуха человека. Кроме того, постоянное шумовое воздействие может заметно сокращать жизнь человека. Постоянные шумы мешают людям совершать необходимые действия, такие как, например, сон, отдых, плодотворная работа и т. д. Утомление также имеет свойство накапливаться, особенно в условиях постоянной трудовой занятости, это тоже может привести к нервным и психическим расстройствам. На распространение уровня шума влияют также климатические и природные факторы. Так, например, в зоне, которая насыщена зелеными насаждениями, шум распространяется гораздо в меньшей концентрации, чем, например, в городе. Именно поэтому жители городов ощущают часто постоянную усталость. Уровень шумового фона измеряется в децибелах. По нормам для человека этот уровень не должен превышать порога в 40 децибел, в современном же мире он часто перешагивает порог в 100 децибел.

Таким образом, можно сказать о том, что автомобили оказывают негативное воздействие на окружающую среду и на человека. Необходимо различными методами пытаться сократить это влияние, хотя бы до того уровня, который не будет мешать нормальному функционированию организма человека, а также не будет нарушать работу экологических систем.

Источник статьи: http://www.autoshcool.ru/2705-negativnoe-vliyanie-avtomobiley-na-okruzhayuschuyu-sredu.html

Автомобильный транспорт и окружающая среда

Некое существо встало на двух своих задних конечностях,
а потом опустилось опять на четыре колеса.
Станислав Ежи Лец.

Общая характеристика урока. Урок проводится после изучения темы «Тепловые двигатели» [1, c. 277–283] и в соответствии с «Требованиями к уровню подготовки выпускников» [2, c. 24, 25] предназначен для формирования навыков использования приобретённых знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для: • оценки влияния на организмы человека и животных загрязнения окружающей среды; • рационального природопользования и охраны окружающей среды.

Обобщение и систематизация знаний

Усвоение знаний и способов действий в комплексе и системе

Формирование целостной системы ведущих знаний по теме

Логика построения урока

Мотивация – анализ содержания учебного материала – выделение главного – установление внутрипредметных и межкурсовых связей – обобщение и систематизация

Рефлексивная деятельность ученика

Самоосмысление, самореализация и саморегуляция

Деятельность учителя по обеспечению рефлексии

Подача учебного материала с учётом зоны ближайшего и актуального развития ученика

Показатели реального результата решения задачи

Активная и продуктивная деятельность учащихся по включению части в целое

Ход урока

1. Подготовительный этап (15 мин) Учитель. Транспорт – важный компонент общественного производства и жизни общества. Бóльшую долю всего объёма транспортных перевозок выполняет грузовой транспорт, при этом 30–35% приходится на железные дороги, около 60% – на автомобильное сообщение и 5–10% – на трубопроводы, транспортёры, речной и морской флот [3, c. 37, 38]. Больше всего загрязняет атмосферу автомобильный транспорт – отработанными газами, картерными углеводородами, испарениями из бака, карбюратора и трубопроводов. В отработанных газах содержатся (в объёмных процентах): монооксид углерода (0,5–10%), оксиды азота (до 0,8%), углеводороды (до 3%), альдегиды (до 0,2 %), сажа [3, c. 40]. Большинство применяемых бензинов являются этилированными, т. е. содержащими ядовитый антидетонатор тетраэтилсвинец (C₂H₅)₄Pb (0,4–0,8 г/л), одно из самых вредных веществ в выхлопных газах. Сам свинец и многие переходные и тяжёлые металлы токсичны. среди них наибольшую опасность представляют девять: Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, As – по двум причинам: либо они производятся в очень большом количестве, либо обладают высокой токсичностью и потому могут представлять опасность для человека, животных и экосистем в целом [4, c. 417–421].

Полагают, что избыточное содержание катионов Cr 3+ , Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ и Pb 2+ приводит к замещению ими других катионов в активных центрах ферментов, а катионы Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ и Pb 2+ образуют прочные связи с серосодержащими донорными группами ферментов, вытесняя менее прочно связанные катионы. в обоих случаях ферменты ингибируются. помимо этого известно, что многие из перечисленных катионов способны связываться с азотистыми основаниями днк и фосфатными группами различных биоактивных молекул. они изменяют проницаемость мембран, сильно затрудняют окислительное фосфорилирование и синтез белков. У растений подобные воздействия приводят к резкому снижению фотосинтеза и накопления биомассы.

Перечисленные данные дают лишь общую картину в отношении экологической опасности и токсичности металлов. Их реальная опасность в конкретных условиях зависит от большого числа факторов. Среди этих факторов важнейшими являются следующие:

1. Способность растений к избирательному поглощению металлов из почвы и накоплению в тканях. Она сильно различается для дикорастущих и культурных растений, для видов и сортов. Однако в целом содержание металлов в биомассе растений во много раз меньше их среднего содержания в почвах, т. е. растения обладают определёнными средствами защиты от избытка токсичных металлов в почвах.
2. Присутствие в почвах неорганических соединений металлов (см. выше). Хотя в почвенной влаге металлы растворяются плохо, они в результате ионного обмена попадают в коллоидные, глинистые и гумусовые вещества, которые являются резервом усваиваемых растениями ионов. Кроме того, корневые волоски растений выделяют органические кислоты – хелато­образователи, – которые сильно увеличивают растворимость многих минеральных частиц и связывают содержащиеся в них катионы металлов в непосредственно усвояемые хелатные комплексы.
3. Зависимость степени усвояемости токсичных металлов от химической формы, в которой они попадают в почву. Наибольшую опасность представляют непосредственно усвояемые ионы и сильно диспергированные, легко растворимые соединения. К их числу, например, относится легко испаряющийся тетраэтилсвинец, который гидролизуется и восстанавливается в почве до Pb 2+ . Важными внешними факторами, увеличивающими концентрации токсичных металлов в почвенных растворах, являются кислотные дожди, вызывающие растворение почвенных и привнесённых частиц с высоким содержанием металлов.
4. Неспособность растений полностью исключать ненужные ионы. При высоких концентрациях ионы проходят через мембраны корневых волосков и аккумулируются растениями.
5. Загрязнение почв токсичными металлами, в частности, с пылью, которая может переноситься ветром на огромные расстояния. Попадая в почву, частицы пыли растворяются, надолго повышая содержание токсичных металлов в почвенных коллоидах и растворах.
6. Аккумуляция токсичных металлов в почвах вследствие долговременного действия источников загрязнения. Естественный унос токсичных металлов с грунтовыми и почвенными водами, с дождевыми и весенними паводками происходит медленно (в течение десятков, а иногда и сотен лет), т. к. они сильно поглощаются почвенными коллоидами.
7. Токсичное воздействие металлов на микрофлору и микрофауну почв, многочисленных насекомых, обитающих в почве и на её поверхности. Изменяются и сама экосистема, и условия обитания в ней, и её пригодность для использования в сельскохозяйственных целях. Интоксикация человеческого организма соединениями свинца способствует возникновению и развитию заболеваний нервной системы, почек, печени, кишечника.

2. Лабораторно-практическое задание «Определение наличия свинца в растительности, произрастающей на разном расстоянии от автомобильной магистрали» (20 мин, выполняется под руководством учителя) [3, c. 46].

Методические рекомендации. Учитель заранее собирает листья и траву на расстоянии 2–3 м, 100 м, 300 м, 500 м, 800 м от оживлённой автомагистрали, высушивает и нумерует пробы, готовит и уваривает экстракт (см. п. 1), а на уроке рассказывает ученикам о проделанной работе. Ученики получают на столы одинаковое количество пробирок с растворами разных проб (взятых на разном расстоянии от автомагистрали), добавляют в каждую пробирку водный раствор сернистого натрия, рассматривают на свет содержимое пробирок и приходят к выводу, что чем дальше от автомагистрали, тем меньше концентрация свинца в растительности, т. е. раствор светлее.

Инструкция к выполнению работы

1. Размолите собранную растительность и добавьте во все пробы строго одинаковое количество спирта и воды (или водки). Затем кипятите или упаривайте полученный экстракт, чтобы свинец перешёл в раствор.
2. Приготовьте водный раствор сернистого натрия Na₂S (например, из фотохимикалиев). Капайте им в растительный раствор в разных пробах и наблюдайте выпадение чёрного осадка.
3. Рассмотрите получившееся содержимое в разных пробах на свет и сделайте вывод, как связан цвет раствора с расстоянием места взятия пробы от дороги.

3. Рассказ учителя (10 мин)

Развитие цивилизации неизбежно предполагает дальнейшее расширение транспортных сетей и средств передвижения. важно понимать, что основная часть потока загрязнений, поступающих в атмосферу, литосферу и гидросферу Земли обусловлена объективно существующими научно-техническими трудностями [5]. Организация полностью безотходных процессов невозможна. Полная ликвидация каких бы то ни было отходов приводит к бесконечному росту стоимости продукции. представления о возможности создания экологически чистого транспорта являются иллюзией, но какие-то шаги по уменьшению вредных выбросов могут быть сделаны.

Выхлопные газы автомобиля могут быть очищены от монооксида углерода, оксидов азота и полициклических ароматических углеводородов с помощью каталитических дожигателей, содержащих нанесённый катализатор из металлов платиновой группы. Стоимость этих аппаратов довольно высока и может составлять до 15% стоимости легкового автомобиля. Кроме того, тетра­этилсвинец, входящий в состав этилированного бензина, отравляет эти катализаторы. Полный отказ от широкомасштабного использования этилированного бензина требует гигантских экономических затрат, но совершенно необходим в ближайшем будущем.

Электромоторы, которыми предлагают заменить двигатели внутреннего сгорания, действительно относительно чисты экологически. Однако в качестве источников тока рассматриваются кислотные (свинцовые) или щелочные (никель-кадмиевые) аккумуляторы, что потребует увеличения производства этих отнюдь не безопасных металлов и производств, связанных с их утилизацией, а также электростанций для их зарядки и производства тех же металлов. Таким образом, в данном случае происходит всего лишь перенос экологических проблем из одного региона в другой.

Очевидно, что технологическое развитие цивилизации неминуемо приводит к возникновению сложных экологических проблем, которые столь трудны и многоплановы, что некоторые учёные и мыслители всерьёз ставят вопрос о свёртывании промышленного производства и возврату человечества к патриархальному быту, характерному для середины или второй половины XIX столетия. Но захотят ли земляне вернуться в прошлое? Вряд ли.

Каковы же возможные пути преодоления отрицательных технологических последствий? Наряду с повышением уровня общей культуры и нравственности, созданием эффективного природоохранного законодательства, решением проблемы финансирования природоохранных мероприятий, ключевым элементом в борьбе с загрязнением окружающей среды должен стать поиск грамотных и действенных научно-технических решений, позволяющих минимизировать загрязнения до уровня, с которым природа Земли будет в состоянии справиться самостоятельно.

4. Самостоятельное решение учениками расчётных количественных задач (40 мин)

(Учащиеся получают раздаточный материал, решают задачи и анализируют ответы. Учитель координирует и контролирует их деятельность.)

• Количество загрязняющих веществ пропорционально расходу топлива, поэтому более экологичны двигатели, расходующие меньше топлива. Легко рассчитать, что расход топлива автомобилем прямо пропорционален его массе.

Задача 1 [6, № 681*, c. 88]. Автомобиль массой 4,6 т трогается с места на подъёме, равном 0,025, и, двигаясь равноускоренно, за 40 с проходит 200 м. Найти расход бензина (в литрах) на этом участке, если коэффициент сопротивления равен 0,02 и КПД равен 20%.

Решение. КПД двигателя автомобиля определяем по формуле:

где A – полезная работа, совершённая двигателем автомобиля массой M на пути s, пройденном за время t под действием силы тяги F на подъёме под углом α [6, с. 43] при коэффициенте сопротивления μ, Q – количество теплоты, полученное от сгорания бензина массой m, объём которого V, плотность ρ, удельная теплота сгорания q.

Отсюда находим объём израсходованного бензина:

Подставляя в полученное выражение числовые данные, получаем V = 0,1 л.

• Анализ полученной выше формулы показывает, что сокращения расхода топлива можно добиться за счёт повышения его калорийности, уменьшения массы автомобиля и повышением КПД (подумайте, как это сделать, сформулируйте и запишите свои предложения). Ещё один резерв экономии топлива – учёт аэродинамического сопротивления автомобиля. Другая проблема (не только экономическая, но и сугубо экологическая) – сокращение холостого пробега. Автомобиль, «возящий воздух», не только зря «сжигает деньги», но и отравляет атмосферу.

Задача 2 [6, № 680*, c. 88]. Междугородный автобус прошел путь 80 км за 1 ч. Двигатель при этом развивал среднюю мощность 70 кВт при КПД, равном 25%. Сколько дизельного топлива, плотность которого 800 кг/м 3 , сэкономил водитель в рейсе, если норма расхода горючего 40 л на 100 км пути?

Решение. КПД двигателя автомобиля определяем по формуле: где A – полезная работа, совершённая двигателем автомобиля, мощностью N за время t; Q – количество теплоты, полученное от сгорания бензина массой m, объёмом V, плотностью ρ и удельной теплотой сгорания q.

Объём израсходованного в рейсе дизельного топлива

Запланированный расход дизельного топлива V₂ определяем из соотношения

Экономия топлива ΔV = V₂ – V = 32 л – 30 л = 2 л.

Задача 3 [7, № 9–I-12, c. 134, 135]. Из окна «Жигулей» на обочину дороги водитель выбросил пустую алюминиевую банку из-под «Пепси». Производство алюминия требует затрат энергии. Представьте себе, что водитель не выбросил банку, а сдал её на переработку; съэкономленную энергию ему отдали в виде бесплатного бензина. Какое расстояние сможет проехать его автомобиль на бензине за одну банку, если известны масса банки (15,0 г), теплота образования оксида алюминия (руда) (1676 кДж/моль), коэффициент использования электроэнергии при получении алюминия из оксида с учётом подготовки сырья (45%), коэффициент использования энергии топлива для получения электроэнергии на тепловой электростанции (35%), энергия, выделяемая при сгорании 1 л бензина (34 000 кДж), расход бензина автомобилем (6 л на 100 км)?

Решение [7, № 9–I-12, c. 144]. При выплавке алюминия происходит реакция Al₂O₃ = 2 Al + (3/2)O₂.

Значит, для получения 2 моль (54 г) Al надо затратить количество теплоты 1676 кДж, а для получения 15 г Al требуется

Дополнительные задачи (для тех, кто справился с основным заданием):

Задача 4 [9, № 1.89, с. 24]. Легковой автомобиль массой М = 1000 кг равномерно движется по наклонному участку шоссе, поднимаясь на высоту h = 10 м на каждый километр пути. Насколько в этом случае расход бензина больше, чем при движении с той же скоростью по горизонтальному участку шоссе? Удельная теплота сгорания бензина q = 4,6 · 10 7 Дж/кг. КПД двигателя η = 10 %. Расход бензина принято относить к пути l =100 км.

Решение [9, № 1.89, с. 185]. На горизонтальном участке шоссе энергия двигателя расходуется только на работу против сил сопротивления движению автомобиля (сопротивление воздуха, трение о дорогу и в осях колёс). Если F – результирующая сила сопротивления, а m₁ – расход бензина на горизонтальном участке шоссе, то можно написать m₁ qη = Fl. Так как при подъёме автомобиля скорость остаётся прежней, сила сопротивления не меняется. Но теперь за счёт энергии двигателя будет нарастать ещё потенциальная энергия автомобиля. Закон сохранения энергии запишется теперь так: m₂qη = Fl + Mgh, где m₂– расход бензина при подъёме. Таким образом:

Задача 5 [9, № 1.91, с. 24, 25]. В большом городе автомобиль вынужден часто останавливаться у светофоров. Например, такси в Москве на каждые 100 км пробега совершает до 100 остановок. Допустим, что после каждой остановки такси разв ивает скорость υ = 60 км/ч. Сила сопротивления движению автомобиля F = 300 Н и при этом мало зависит от скорости. Во сколько раз расход бензина в Москве больше по сравнению с загородным маршрутом, где остановки практически отсутствуют? Масса такси М = 1, 5 т. КПД двигателя не зависит от скорости.

Решение. [9, № 1.91, с. 185]. Если такси движется без остановок, работа двигателя (а расход бензина ей пропорционален) A₁ = Fl. После каждой остановки двигатель совершает дополнительную работу, сообщая автомобилю кинетическую энергию. Поэтому работа двигателя в городе A₂ = Fl + 100Mυ 2 /2. Отношение расходов бензина α = 1 + 100Mυ 2 /(2Fl) = 1,7.

4. Подведение итогов урока (5 мин)

Заканчивая урок, целесообразно ещё раз подчеркнуть необходимость формирования системы умений и навыков, технологий и стратегий взаимодействия с Природой. Чтобы экологически целесообразно поступать, человеку необходимо уметь это делать: и понимания, и стремления окажется недостаточно, если он не сможет их реализовать в системе своих действий. Освоенность соответствующих технологий и выбор правильных стратегий и позволяют поступать с точки зрения экологической целесообразности [8].

В качестве долгосрочного домашнего задания, служащего дальнейшему развитию темы, учащимся может быть предложен учебно-исследовательский проект по следующим направлениям [3, c. 46]: • Механический аккумулятор – реальное будущее или утопия • Солнце вместо бензина • Транспорт XXI в • Будущее газотурбинного двигателя • Теплокар – паровой автомобиль без топки • Вода в бензобаке.

1. Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: учебн. для общеобразоват. учеб. заведений. М.: Дрофа, 2001. 416 с.
2. Сборник нормативных документов. Физика / Сост. Э.Д. Днепров, А.Г. Аркадьев. М.: Дрофа, 2004. 111 с.
3. Глазунов А.Т., Кнорре Е.Б. Экология, техника и производство. – М., Просвещение, 1992. 56 с.
4. Князев Д.А., Смарыгин С.Н. Неорганическая химия: учеб. для вузов по спец. «Агрохимия и почвоведение». М.: Высш. шк., 1990. 430 с.
5. Лисичкин Г.В. Экологический кризис и пути его преодоления // Соросовский образовательный журнал, 1998. № 12. С. 65–70.
6. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10–11 кл.: пособие для общеобразоват. учреждений. М.: Дрофа, 2004. 192 с.
7. Третья Соросовская олимпиада школьников 1996/1997. М.: МЦНМО, 1997. 512 с.
8. Дерябо С.Д., Ясвин В.А. Экологическая педагогика и психология. Ростов-н/Д: Изд-во «Феникс», 1996. 480 с.
9. Сборник задач по физике: учебное пособие / Баканина Л.П. [и др.]. М.: Наука. Главная редакция ФМЛ, 1990. 352 с.

Игорь Анатольевич Изюмов (на фото – с женой Ириной Викторовной – в станице Старочеркасской) 29 лет в одной и той же школе: 10 лет – учеником и 19 – учителем. Классным руководителем успел побывать не раз: выпустил один 9-й и три 11-х. У учеников уже свои дети. Нет-нет, да и спросят: «А вы маму (папу) мою (моего) помните?» Бывает, и «папы» с «мамами» забегут. И прямиком за «свою» парту: «А помните, как. » А как такое забудешь?! И обязательно: «Ну как современные ученики?!» А что? Ученики по-прежнему то радуют, то (правда, совсем немножко) огорчают. Нынешний 8-классник Гор Сирадегян, к примеру, первое место на районной олимпиаде по физике занял, 9-классник Лёша Алябьев в заочный лицей «Авангард» поступил, 10-классники Ваня Гевало, Лена Блынская и Настя Юркевич вот уже четвёртый год по физике только «5» получают. И всерьёз о сдаче ЕГЭ подумывают. А будущие выпускники из 11-го Ира Денисова и Оля Одинцова уже всерьёз к ЕГЭ готовятся: инженер-эколог – специальность нешуточная. И Лера Зубкова с ними, ей в знаменитой «Можайке» без физики никак… Так и растёт поколение за поколением. И есть в этих поколениях и врачи (кардиологи, педиатры, нейрохирурги), и боевые офицеры, и государственные служащие. Есть даже парочка физиков. И все они, без сомнения, замечательные люди! И все когда-то изучали в школе физику…

Источник статьи: http://fiz.1sept.ru/view_article.php?ID=201000310