Применение тепловых двигателей польза или вред
Сложно себе представить современный мир без достижений науки и техники. Прогресс достиг небывалых высот. Особое место в развитии человечества занимает создание теплового двигателя. Вместе с ним человечество вошло в новую эпоху, в эпоху машин и электричества. Зародившись еще в XVIII веке, он и по сей день имеет огромное значение для нас.
Конечно, за это время наука шагнула вперед. Были изобретены новые разновидности двигателей, усовершенствованы старые, но основные принципы, применяющиеся в конструкции, остались неизменными. Существует множество разновидностей тепловых машин. Несмотря на это, можно выделить общие особенности работы, характерные для всех типов.
Движение создается за счет нагревание газов или жидкостей, что приводит к изменению их объема. Расширяясь или сужаясь, продукты теплового воздействия осуществляют давление на поршень или турбину, которые таким образом приводятся в движение.
Разновидностей тепловых двигателей
Двигатели внешнего сгорания:
- Двигатель Стерлинга. Основной принцип заключается в процессе нагревания и охлаждения вещества в замкнутом пространстве при помощи внешних источников тепла.
- Паровые машины. Используется сила давления пара, образующегося при нагревании воды. При этом камера для сгорания топлива находится отдельно от рабочей камеры.
Двигатели внутреннего сгорания:
- Поршневой. Способом получения механической энергии является процесс сгорания топлива внутри рабочей камеры. В результате этого приводятся в движение поршни. Основное место применения – современные автомобили.
- Роторный. В отличие от поршневого двигателя воздействие оказывается на ротор. Применяется в конструкции электростанций, а также в некоторых автомобилях.
- Реактивный двигатель. Используется принцип тяги, возникающий при выбросе отработанных газов в процессе сгорания топлива. Применяется в ракетостроении.
Тепловые двигатели имеют как преимущества, так и недостатки.
Преимущества использования тепловых двигателей
- Простота. Работа тепловых механизмов основана на простых и понятных принципах. Используются физические явления, с которыми человек сталкивается в повседневной жизни: процессы охлаждения и нагревания жидкостей, газов, что приводит к уменьшению или увеличению их объема. Как известно, чем проще механизм, тем он надежней, и, что немаловажно, его легче ремонтировать.
- Автономность. Одним из наиважнейших преимуществ является автономность. При помощи транспортных средств человек может не ограничивать себя в передвижении. Это возможно благодаря тому, что двигатель может быть установлен на любой платформе. Он самодостаточен и не требует постоянной связи с какими-либо дополнительными источниками энергии.
- Эффективность. На сегодняшний день это одна из самых эффективных разновидностей двигателей. Поэтому применение очень обширно: начиная с газонокосилки или бензопилы, и заканчивая современными автомобилями, электростанциями, космическими ракетами.
- Источник энергии. Тепловые машины используются в качестве источника электроэнергии. Это могут быть как маленькие генераторы, обеспечивающие электричеством отдельно взятый дом, так и большие электростанции, которые снабжают целые города. Поэтому можно сказать, что другие типы двигателей, например электродвигатели, в какой-то степени зависят от тепловых.
- Компактность. Благодаря высокой эффективности тепловые двигатели, при относительно небольших габаритах, обладают хорошими характеристиками. Это также послужило причиной их широкого распространения во всех сферах человеческой жизни.
Недостатки тепловых двигателей
Помимо плюсов тепловые машины имеют и недостатки.
Низкий КПД
Конструкция двигателей такого типа предполагает использование внутренней энергии топлива. Часть этой энергии переходит в механическое действие, то есть совершает полезную работу. Но большая часть расходуется впустую.
Отношение энергии потраченной в пустую к энергии совершающей полезную работу и называют коэффициентом полезного действия.
Постоянно ведущиеся разработки позволяют улучшать этот коэффициент. Однако до сих пор нет возможности преодолеть даже порог в 50%. Это значит, что более половины энергии, затраченной на функционирование двигателя, не совершает полезной работы.
Это приводит к тому, что топливо не может расходоваться максимально эффективно.
Загрязнение окружающей среды
Одним из самых больших недостатков в настоящее время является загрязнение окружающей среды. В процессе горения выделяются вредные вещества: азот, сера. Вместе с ними в атмосферу попадают и другие вредные вещества, а также металлы, которые добавляются в топливо, чтобы улучшить его качество.
Стоит обратить внимание и на то, что происходит выделение большого количества тепла. Это сильно влияет на изменение климата планеты. Такие изменения принято называть глобальным потеплением. К сожалению, глобальное потепление может грозить тяжелыми последствиями для экологии.
Немаловажно и то, что для своего функционирования двигатели поглощают большие объемы кислорода, взамен возвращая углекислый газ.
Если учесть, насколько тепловые машины распространены в мире, становится понятно как велико их негативное влияние на глобальную экологическую обстановку.
Для сохранения экологии начинают приниматься меры по ограничению применения тепловых двигателей. Например, в некоторых странах ограничивается использование автомобилей на определенных территориях. Ужесточаются требования к уровню экологического загрязнения теми или иными двигателями.
Вывод
В наши дни огромные усилия тратятся на то, чтобы улучшить положительные моменты и уменьшить негативное влияние тепловых машин. Несмотря на несовершенство конструкции, они по сей день остаются незаменимыми для нас, и останутся такими еще на долгое время.
Влияние тепловых двигателей
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 два-три тонн свинца.
Выбросы вредных веществ в атмосферу – не единственная сторона воздействия энергетики 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, называемое «тепловым загрязнением». Этот эффект усиливается тем, что при сгорании огромного количества топлива повышается концентрация углекислого газа в земной атмосфере. А при большой концентрации углекислого газа атмосфера плохо пропускает тепловое излучение нагретой Солнцем поверхности Земли, что приводит к «парниковому эффекту». В результате описанных процессов средняя температура на Земле в течение последних десятилетий неуклонно повышается. Это грозит глобальным потеплением с нежелательными последствиями, к числу которых относятся таяние ледников и подъем уровня мирового океана.
Серьезная проблема, стоящая перед человечеством — это «экологический кризис». Огромные масштабы преобразования энергии уже начали оказывать «планетарное» воздействие на климат Земли и состав атмосферы.
Кроме того, при сжигании топлива в тепловых двигателях расходуется атмосферный кислород (в наиболее развитых странах тепловые двигатели уже сегодня потребляют больше кислорода, чем вырабатывается всеми растениями, растущими в этих странах) и образуется много вредных веществ, загрязняющих атмосферу.
Тепловые машины не только сжигают кислород, но и выбрасывают в атмосферу эквивалентные количества оксида углерода (углекислого газа). Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Во всем мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно более 200 млн. т золы и более 60 млн. т оксида серы.
Токсичными выбросами двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает приблизительно 45 % углеводородов от их общего выброса.
Кроме промышленности, воздух загрязняют и различные виды транспорта, прежде всего автомобильный. Жители больших городов задыхаются от выхлопных газов автомобильных двигателей.
Тепловые машины широко используют на производстве и в быту. По железнодорожным магистралям водят составы мощные тепловозы, по водным путям – теплоходы. Миллионы автомобилей с двигателями внутреннего сгорания перевозят грузы и пассажиров. Поршневыми, турбовинтовыми и турбореактивными двигателями снабжены самолеты и вертолеты. С помощью ракетных двигателей осуществляются запуски искусственных спутников, космических кораблей и станций. Двигатели внутреннего сгорания являются основой механизации производственных процессов в сельском хозяйстве. Их устанавливают на тракторах, комбайнах, самоходных шасси, насосных станциях.
скачать
Семинар по физике в 10 классе
Тема: «Польза и вред тепловых двигателей».
Цели: 1. Познакомить с различными типами тепловых двигателей, влиянием тепловых двигателей на окружающую среду и здоровье человека.
2.Формировать умения устанавливать причинно-следственные связи, анализировать, доказывать, переносить знания в новую ситуацию, развивать речевые умения.
3.Воспитывать бережное отношение к природе, ответственность человека за свои поступки, развивать память.
Подготовительный этап.
Класс делится на группы, и каждая группа получает задание.
-
Тепловые двигатели приносят пользу. Основные виды двигателей и принципы их работы. Новые разработки тепловых двигателей и их альтернатив. А так же альтернативное топливо. -
Тепловые двигатели приносят вред. Влияние на здоровье человека выхлопных газов, образующихся при работе тепловых двигателей, и продуктов горения топлива. Влияние на окружающую среду выхлопных газов и продуктов горения при работе тепловых двигателей. Опыты по определению загрязнения среды /набрать снег у дороги и в лесу, при таянии цвет воды разный/. Примеры экологически неблагоприятных территорий и вопросы всем участникам конференции. -
Провокаторы. Подготовка вопросов-ловушек по теме семинара. -
Эксперт. Подготовка по всем вопросам семинара.
План урока.
-
Вступительное слово учителя. -
Основная часть.
2.1. Выступление 1 группы.
2.2. Выступление 2 группы.
2.3. Вопросы «провокаторов».
2.4. Выступление эксперта.
-
Заключительное слово учителя. Подведение итогов урока.
Ход урока.
-
Вступительное слово учителя.
Сегодня на первый план во всем мире ставятся вопросы сохранения природы, ее экологической чистоты. И мы с вами постараемся ответить на вопрос: чем является для человека тепловой двигатель- великим изобретением или источником большой опасности для планеты. Цель нашего урока: познакомить с различными типами тепловых двигателей, влиянием тепловых двигателей на окружающую среду и здоровье человека.
В конце урока мы с вами должны будем заполнить таблицу и выяснить, какие же факторы свидетельствуют о необходимости использования тепловых двигателей, какие проблемы возникают при их использовании, и каковы пути решения этих проблем. Что может сделать каждый из нас для сохранения природы? Что больше пользы или вреда несут тепловые двигатели? /Вопросы написаны на доске/ Слово предоставляется группе, которая должна доказать, что тепловые двигатели несут огромную пользу человеку.
II. Основная часть.
2.1. Выступление 1 группы.
2.2. Выступление 2 группы
2.3. Вопросы «провокаторов».
2.4. Выступление эксперта.
-
Подведение итогов.
3.1. Заполнение таблицы.
| «за» | «против» | Пути решения |
-
Предоставляется слово учащимся, чтобы ответить на вопросы, поставленные на уроке.
-
Заключительное слово учителя. А закончить мне хочется рассказом Сергея Булыги «Аонахтилла», краткого его изложения.
«…Был солнечный день. Волны мерно катились по морю. Аонахтилла, опустивши голову и разбросавши лапы, лежала на воде и отдыхала. Вдруг …
В чистом небе ослепительно сверкнула молния, метнулась вниз и с грохотом вонзилась в панцирь. Аонахтилла издала стон…
… Мир погрузился в темноту и тишину. … Когда … глаза Аонахтиллы открылись, … то море по-прежнему было спокойно и небо безоблачно… Аонахтилла, успокоившись, вздохнула, оглянулась…
И замерла. И не поверила.
На спине у нее лежал диск. На диске были горы и моря, зеленые равнины, ледники, пустыни, реки. …
Обретя постоянную форму диск стал усложняться. … Диск на спине стал наливаться тяжестью. Что это?
Усталость. И голод… А в глубинах бескрайнего моря великое множество рыб, и стоит лишь нырнуть…
А как же диск? Он тотчас же утонет. Погибнет только что родившаяся жизнь…. Так неужели же она настолько ослабела, так неужели ради насыщения она, бессмертная, способна погубить всех тех, чья судьба уже отчасти стала и ее судьбой?! … Нет, надо плыть, грести, пока есть силы…
Вдруг… Что это? Диск шевельнулся? … И грохот! Пламя! Диск разлетелся вдребезги, и панцирь раскололся. Аонахтилла вскрикнула и, завалившись на бок, захлебнулась…»
Как Вы думаете, что этим рассказом хотел сказать автор?
//Земля способна снова и снова очищать себя от вредных веществ, но для этого нужно время. А вот человек делает все, чтобы уничтожить Землю.//
Так давайте будем беречь то, что имеем.
-
Отметки за урок. Домашнее задание.
Подготовила: учитель физики, М. В. Кулешова Страница
скачать
Смотрите также:
«Польза и вред тепловых двигателей»
34.38kb.
Двигатель внутреннего сгорания. Кпд
94.68kb.
Урок 60/6 61/7 Приложение №14 Тема урока: Тепловые двигатели. Значение тепловых двигателей. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды
68.92kb.
Исследовательская работа «Вред гиподинамии и польза двигательной активности»
559.25kb.
Тепловые двигатели и охрана окружающей среды
26.5kb.
Конспект урока «Спирт вред или польза»
162.6kb.
Сухие завтраки для детей. Польза или вред?
180.01kb.
Жевательная резинка: польза или вред?
163.76kb.
Кпд. Роль тепловых двигателей в развитие техники (8 класс)
36.67kb.
Значение тепловых двигателей. Парниковый эффект. Охрана окружающей среды
108.35kb.
Урок по теме «термодинамика»
28.25kb.
Применение двигателя стирлинга
38.9kb.
Охрана природы – важная задача, ведь продвижение цивилизованного мира вперед ведет к неизбежным трудностям и рискам в вопросе загрязнения окружающей среды. Среди прочих социальных опасностей одно из первых мест занимают экологические проблемы, связанные с применением тепловых машин.
Что для нас теплодвигатели
Ежедневно мы имеем дело с двигателями, приводящими в движение автомобили, корабли, производственную технику, железнодорожные локомотивы и самолеты. Именно появление и широкое использование тепловых машин быстро продвинуло вперед промышленность.
Экологическая проблема использования тепловых машин состоит в том, что выбросы тепловой энергии неизбежно ведут к нагреванию окружающих предметов, в том числе атмосферы. Ученые давно бьются над проблемой таяния ледников и повышения уровня Мирового океана, считая основным фактором влияния деятельность человека. Изменения в природе приведут к перемене условий нашей жизни, но несмотря на это с каждым годом потребление энергии увеличивается.
Где применяются тепловые двигатели
Миллионы автомобилей на двигателях внутреннего сгорания занимаются перевозом пассажиров и грузов. По железным дорогам ходят мощные тепловозы, по водным траекториям – теплоходы. Самолеты и вертолеты снабжены поршневыми, турбореактивными и турбовинтовыми двигателями. Ракетные двигатели «толкают» в космическое пространство станции, корабли и спутники Земли. Двигатели внутреннего сгорания в сельском хозяйстве устанавливают на комбайнах, насосных станциях, тракторах и прочих объектах.
Экологическая проблема использования тепловых машин
Используемые человеком машины, теплодвигатели, производство автомобилей, применение газотурбинных двигательных установок, авиация и ракетоносители, загрязнение водной среды судами – все это катастрофически разрушающе действует на окружающую среду.
Во-первых, при сжигании угля и нефти в атмосферу выделяются азотные и серные соединения, губительные для человека. Во-вторых, в процессах используется атмосферный кислород, содержание которого в воздухе из-за этого падает.
Выбросы вредных веществ в атмосферу – не единственный фактор влияния тепловых двигателей на природу. Производство механической и электрической энергии не может осуществляться без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты, что не может не приводить к увеличению средней температуры на планете.
Тепловое загрязнение отягощается тем, что сжигаемые вещества увеличивают концентрацию углекислого газа в атмосфере. Это, в свою очередь, ведет к возникновению «парникового эффекта». Всемирное потепление становится реальной опасностью.
Экологическая проблема использования тепловых машин заключается и в том, что сгорание топлива не может быть полным, и это ведет к выбросу в воздух, которым мы дышим, золы и хлопьев сажи. По статистике, во всем мире энергоустановки ежегодно сбрасывают в воздух более 200 млн. тонн золы и более 60 млн. тонн оксида серы.
Проблемы экологии, связанные с использованием тепловых машин, пытаются решать все цивилизованные страны. Вводятся новейшие энергосберегающие технологии по усовершенствованию тепловых двигателей. В результате энергопотребление на производство одной и той же продукции значительно снижается, уменьшая вредное действие на экологию.
Тепловые электростанции, двигатели внутреннего сгорания автомобилей и других машин в большом количестве сбрасывают в атмосферу, а затем в почву вредные для всего живого отходы, к примеру, хлор, сернистые соединения (при сгорании каменного угля), угарный газ СО, оксиды азота и др. Автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу около трех тонн свинца.
На атомных электростанциях иная экологическая проблема использования тепловых машин – безопасность и захоронение радиоактивных отходов.
Из-за невероятно большого потребления энергии некоторые регионы утратили способность самоочищения собственного воздушного пространства. Эксплуатация атомных электростанций помогла значительно снизить вредные выбросы, однако для работы паровых турбин требуется огромное количество воды и большое пространство под пруды для охлаждения отработанного пара.
Пути решения
К сожалению, человечество не в силах отказаться от использования тепловых двигателей. Где же выход? Чтобы расходовать на порядок меньше топлива, то есть снизить энергопотребление, следует повысить КПД двигателя для проведения одной и той же работы. Борьба с негативными последствиями использования тепловых машин заключается только в том, чтобы увеличить эффективность применения энергии и переходить на энергосберегающие технологии.
В общем, будет неправильным утверждать, что мировая экологическая проблема использования тепловых машин не решается. Все большее количество электровозов вытесняют обычные поезда; становятся популярными автомобили на аккумуляторных батареях; в промышленность внедряются энергосберегающие технологии. Есть надежда, что появятся экологически чистые авиа- и ракетные двигатели. Правительствами многих стран реализуются международные программы по защите окружающей среды, направленные против загрязнения Земли.