В чем польза теплового двигателя

Наверное, никто из создателей первых автомобилей не думал о том, что их творения станут настолько популярными – на начало ХХI века количество автомобилей в мире перешагнуло отметку в 600 млн. экземпляров. Экономисты прогнозируют, что через 15 – 20 лет число автомобилей в мире перешагнет отметку в 1,5 млрд.

Мы должны принять, как свершившийся факт, то что количество автомобилей в мире будет возрастать и возрастать очень быстро. И надо понять к чему это приведет. Будет ли возрастание количества автомобилей благом или вредом?

Каким же образом были реализованы проекты тепловых двигателей, предложенные учеными?

Огромное значение имели паровые двигатели до середины XX века, так как были основными на железной дороге. Сегодня там большее распространение получили дизельные двигатели, то есть ДВС. Мощные паровые турбины используются и на водном транспорте, и на всех АЭС, где для получения пара высокой температуры используют энергию атомных ядер. Паровые турбины установлены и на ТЭЦ, которые вырабатывают более 80% энергии для страны. Именно паровые турбины приводят в движение роторы генераторов электрического тока.
С момента их изобретения тепловые двигатели стали играть большую роль в жизни и деятельности человека. Так,Двигатели Внутреннего Сгорания (ДВС) используются в автомобильном транспорте: их устанавливают на автомашинах, мотоциклах, мопедах, грузовых автомобилях. Кроме автотранспорта, ДВС используют на железнодорожном транспорте, в легкой авиации, в бензопилах, газонокосилках, на различном сельскохозяйственном оборудовании, тракторах, комбайнах. Этот вид двигателей хорош своей сравнительно высокой мощностью при относительно небольших размерах.
И, наконец, третий тип тепловых двигателей, реактивные. Преимуществом РД перед паровыми и ДВС является высокий КПД, до 60%. Следовательно, РД целесообразно устанавливать на авиационном и космическом транспорте.Использование реактивных двигателей в авиации значительно продвинуло вперед научно-технический прогресс.

На легких самолетах используются поршневые двигатели, а на больших лайнерах устанавливают реактивные двигатели. Это очень выгодно, так как если реактивный двигатель заменить поршневыми такой же мощности, то из-за громоздкости и тяжести последнего его будет невозможно установить на самолет. Яркий пример применения в авиации реактивных двигателей – «ТУ – 144».

Для космического транспорта также используют реактивные двигатели. Они позволяют развить высокую скорость, чтобы многотонный космический корабль смог преодолеть гравитационные силы Земли и выйти на околоземную орбиту.

Таким образом, тепловые двигатели играют положительную роль в жизни и развитии человечества, находя широкое применение в транспорте, торговле, выработке электроэнергии, исследовании космоса и планет.

Отрицательная роль тепловых машин.

Открытие ТМ приходится на индустриальный период в истории взаимодействия общества и природы и является кульминацией техногенной эпохи. Этот период охватывает время с XVII до середины XX века.

Для улучшения своего благосостояния человек изобретает не только машины. Качественно изменяется химическое воздействие человека на биосферу вследствие синтеза новых веществ, рассеивания загрязнений на огромные территории. Многократно превышается выработка тепла за счет сжигания горючего.

Мы видим, что кроме положительного эффекта от использования ТМ проблема имеет и другую сторону.

Ученые, делая открытия, не задумывались об их последствиях для окружающей среды.

На первых порах экосистемы биосферы, благодаря естественным процессам саморегуляции, в основном справлялись с этими воздействиями, но по мере возрастания масштабов и темпов производственной деятельности возможности восстановления экосистем оказались исчерпаны. Стали наблюдаться заметные изменения в биологических, химических, физических показателях биосферы.

Парниковый эффект – повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере. Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов.

Человек долго использовал ДВС не зная о его отрицательном воздействии на человека, животных, растения. Лишь в последнее время это отрицательное воздействие заметили и начали с ним бороться. Основными загрязнителями атмосферы являются машины, особенно грузовики.

Количество и концентрация вредных веществ в выхлопах зависят от вида и качества топлива. В основном это такие вещества, как углекислый газ, угарный газ, оксиды азота, гексен, пентен, кадмий, серный ангидрид, сернистый ангидрид, свинец, хлор и некоторые его соединения.

Эти вещества отрицательно воздействуют на человека, животных, растения и вызывают глобальные изменения в биосфере.

Теперь конкретно рассмотрим их воздействие. Углекислый газ, угарный газ, оксиды серы, оксиды азота являются «парниковыми» газами, то есть вызывают парниковый эффект, выражающийся в повышении температуры у поверхности Земли.

Его механизм заключается в образовании особого слоя в атмосфере, который отражает тепловые лучи, идущие от Земли, не давая им уходить в космическое пространство. Это может привести к таянию льда в полярных областях и, как следствие, к повышению уровня Мирового океана.

Но надо сказать, что тепловой эффект почти компенсируется ледниковым эффектом. Последний вызывается слоем пылевых частиц, которые отражают тепловые лучи, идущую от Солнца, обратно в космос.

В год образуется 2,4 – 10 тонн СО, 7 млн тонн СО2.

Угарный газ токсичен, образует с гемоглобином крови прочное соединение – карбоксигемоглобин, что препятствует поступлению достаточного количества О2 в мозг и, как следствие, увеличивает число психических заболеваний SO2, NO являются мутагенами, тератогенами, образуют с туманом или дождем смог и кислотные дожди. Оксиды серы с водой образуют серную кислоту, а оксид азота образует азотную и азотистую кислоты. У человека они вызывают поражения кожи, обструктивный рахит, отек легких. У животных также наблюдаются нарушения жизнедеятельности и даже гибель. У растений в первую очередь поражаются листья, а в дальнейшем гибнет все растение. Так, в Скандинавии наблюдается массовая гибель лесов по этой причине. Также эти дожди вызывают коррозию металлов и разрушение зданий. Кроме того, оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя.

Кадмий отрицательно воздействует на костную и половую системы, кору надпочечников, зубы, нарушает углеродный обмен. При большой концентрации он вызывает болезнь «итай-итай».

Свинец является тератогеном, вызывает у грудных детей нарушение ЦНС, костной системы, слуха, зрения – и в дальнейшем смерть. У взрослых он вызывает нарушение кровеносной системы.

Также ДВС поглощает кислород, уменьшая его концентрацию в атмосфере.

Мы провели анализ негативного воздействия ДВС окружающую среду. Рассмотрим частный случай – автомобиль. Да, человек не мыслит сейчас своего существования без автотранспорта. Но если посмотреть на это удобство с другой точки зрения, то количество выбрасываемых автомобилем продуктов сгорания заставляет ужаснуться.

Один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы больше 4 тонн О2, выбрасывает с выхлопными газами около 800 кг СО, 40 кг оксидов азота, 200 кг различных углеводородов.

Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу (канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания).

Автомобильные выхлопные газы – смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды – не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива.

Среди которых большое место занимают непредельные углеводороды этиленового ряда, особенно гексен и пентен.

Их доля возрастает в 10 раз, когда двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости, то есть во время заторов или у красного сигнала светофора.

СО2 и большинство других выбросов тяжелее воздуха, поэтому они скапливаются у поверхности земли.
Оксид углерода (I) соединяется с гемоглобином крови и мешает ему нести кислород в ткани организма.
Оксиды азота играют большую роль в образовании продуктов превращения углеводородов в атмосферном воздухе.
Из-за неполного сгорания топлива в двигателе автомашины часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества.
В 1 л бензина может содержаться 1 г тетраэтилсвинца, который разрушается и выбрасывается в атмосферу в виде соединений свинца.
Свинец — один из основных загрязнителей внешней среды, его поставляют главным образом современные двигатели с высокой степенью сжатия, выпускаемые автомобильной промышленностью.

Кроме того к вредному воздействию можно отнести разрушение озонового слоя при полетах самолетов и запусках ракет. Озон верхних слоев атмосферы защищает все живое на Земле от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.

Тогда возникает вопрос: Так что же, нам теперь отказаться от всех достижений цивилизации и, вместо того чтобы ездить на автомобиле, опять ходить пешком?
Конечно же, нет, отрицательные последствия следует преодолевать, не отказываясь от технического прогресса вообще, а путем качественного изменения существующих технологий.
Мы живем в то время, когда человек уже осознал, что природе необходимо помочь, что сознание окружающей среды зависит от нас, от нашего отношения к ней
Таким образом, мы сделали вывод, что есть несколько способов уменьшения загрязнения воздуха дорожно-транспортными средствами.
Несколько путей решения проблем.

Первый – сократить количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу каждым автомобилем. Примером может служить следующее начинание: с 1 января 1993 года все новые автомобили, предназначенные для продажи в страны Европейского сообщества, должны быть снабжены каталитическими контакторами.

Это маленькое устройство устраняет большую часть углеводородов и окисей азота и углерода, вредных для организма человека. Их присутствие в атмосфере в больших количествах создает парниковый эффект, что грозит глобальным потеплением на планете. Еще одна проблема – свинец, добавляемый к бензину для большей эффективности работы двигателя.

Он очень ядовит и опасен, особенно для организма маленьких детей Второй – использовать как можно больше те транспортные средства, которые потребляют меньше горючего и, следовательно, меньше загрязняют атмосферу.

Чтобы остановить загрязнение, необходим более строгий всесторонний контроль со стороны государства за дорожно-транспортными средствами.

Огромную помощь в борьбе с загрязнением воздуха могли бы оказать и сами владельцы автомобилей, если бы начали чаще пользоваться общественным транспортом или ездить с малой скоростью, ведь это уменьшит выброс токсичных соединений.

Недавний опрос владельцев автомобилей показал, что их личный транспорт – главный виновник загрязнения воздуха, ездить медленнее или, тем более, отказаться от личного транспорта они не желают. Для того чтобы такое желание появилось, надо основательно улучшить работу общественного транспорта.

А поскольку она пока далека от совершенства, нечего удивляться тому, что частные автомобили наводняют городские улицы.

Иногда с их количеством приходится вести непримиримую борьбу. Способы бывают самые оригинальные. В Афинах, например, машинам с четными номерами разрешено появляться в центре города только по четным дням, а машина с нечетными – по нечетным. Роскошь иметь автомобиль может дорого обойтись.

В настоящее время, когда автомобиль с бензиновым двигателем стал одним из существенных факторов, приводящим к загрязнению окружающей среды, специалисты все чаще обращаются к идее создания «чистого» автомобиля – электромобиля. В некоторых странах начинается их серийное производство.

В нашей стране производятся электромобили пяти марок.

Электромобиль Ульяновского автозавода (УАЗ-451-МИ) отличается от остальных моделей системой электродвижения на переменном токе и встроенным зарядным устройством.

Зарядное устройства снабжено преобразователем тока, допускающим применение легкого и низкооборотного тягового двигателя. Машины этой марки уже используются в Москве для доставки продуктов в магазины и школы.

Прогноз таков: если в 2000 году существовало 5% электромобилей от всего числа автомобилей, то в 2025-м ожидается рост их числа до 15%.

Итак мы видим, что без ДВС можно обойтись, заменив их на электродвигатели. Нужно всего лишь заменить автобусы и маршрутные такси на троллейбусы и трамваи.

А в качестве индивидуального транспорта, как это ни парадоксально, использовать велосипед.

Конечно, автомбиль гораздо комфортнее и удобнее, но представьте, что вам придется выбирать между велосипедом и тем вредом, который причиняется нашему здоровью выхлопными газами. Я думаю, что большинство выберет велосипед.

В вопросе, который мы сегодня обсуждали, не поставлена точка, мы только начали об этом говорить. Писатель Анатоль Франс сказал: «Разум, если даже его притесняют, пренебрегают им, в конечном счете всегда одерживает верх, ибо жить без него невозможно.

Так будем же жить честно и с честью выполним возложенные на нас обязанности по охране окружающей среды. Ибо мы существа разумные.

Тепловая машина: цикл, работа, КПД. Экологические проблемы тепловых машин. Какая она — идеальная тепловая машина?

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.

Тепловая машина (тепловой двигатель) — устройство для преобразования внутренней энергии в механическую.

Любая тепловая машина имеет нагреватель, рабочее тело (газ или пар), которое в результате нагрева выполняет работу (приводит во вращение вал турбины, двигает поршень и так далее) и холодильник. На рисунке ниже изображена схема теплового двигателя.

Плюсы и минусы использования тепловых двигателей

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.

Основы действия тепловых двигателей

Каждая тепловая машина функционирует благодаря двигателю. Для выполнения работы ему нужно, чтобы по ту и другую сторону поршня двигателя или лопастей турбины была разность давлений.

Достигается эта разность во всех тепловых двигателях так: температура рабочего тела повышается на сотни или тысячи градусов в сравнении с температурой окружающей среды. В газовых турбинах и в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) происходит повышение температуры за счет того, что топливо сгорает внутри самого двигателя.

Холодильником может выступать атмосфера или специального назначения устройства для конденсации и охлаждения отработанного пара.

Что происходит внутри цилиндра при работе ДВС

При работе двигателя в цилиндре периодически происходит сгорание смеси топлива и воздуха, а, так же, производится выброс отработанных газов.

Сжатые поршнем газы загораются от электрической искры. Температура горения поднимается до 1800 градусов Цельсия. Поэтому, каждый двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит систему охлаждения.

Раскаленные газы расширяются, давление на поршень и стенки цилиндра резко возрастает. Это давление с силой толкает поршень, приводя его в движение. Усилие передается с поршня на шатун и далее на коленчатый вал, вращая его.

Примечание: Раскаленные газы обладают большим запасом внутренней энергии. Расширяясь, газы охлаждаются, при этом часть их внутренней энергии переходит в механическую работу.

Таким образом, энергия топлива преобразуется во вращение коленчатого вала.

Цикл Карно

Цикл (круговой процесс) — совокупность изменений состояния газа, в результате которых он возвращается в исходное состояние (может выполнять работу).

В 1824 году французский физик Сади Карно показал, что выгодным является цикл тепловой машины (цикл Карно), который состоит из двух процессов — изотермического и адиабатного.

На рисунке ниже изображен график цикла Карно: 1-2 и 3-4 — изотермы, 2-3 и 4-1 — адиабаты.

В соответствии с законом сохранения энергии работа тепловых машин, которую выполняет двигатель, равна:
А = Q1– Q2,
где Q1 — количество теплоты, которое получено от нагревателя, а Q2 — количество теплоты, которое предано холодильнику. КПД тепловой машины называется отношение работы А, которую выполняет двигатель, к количеству теплоты, которое получено от нагревателя:
η = А/Q =(Q1– Q2)/Q1 = 1 — Q2/Q1.

В работе «Мысли о движущей силе огня и о машинах, которые способны развивать эту силу» (1824) Карно описал тепловую машину под названием «идеальная тепловая машина с идеальным газом, который представляет собой рабочее тело». Благодаря законам термодинамики можно вычислить КПД (максимально возможный) теплового двигателя с нагревателем, который имеет температуру Т1, и холодильником с температурой Т2. Тепловая машина Карно имеет КПД:

ηmax = (T1 – T2)/T1 = 1 – T2/T1.

Подземные воды — виды, классификация и основные источники

Сади Карно доказал, что какая угодно тепловая машина реальная, которая работает с нагревателем с температурой Т1 и холодильником с температурой Т2 не способна иметь КПД, который бы превышал КПД тепловой машины (идеальной).

Тепловые двигатели и их роль в жизни человека

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Марта 2014 в 10:39, реферат

Краткое описание

В современной технике широко применяют тип теплового двигателя, в котором пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала.

Такие двигатели называют турбинами. В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал.

Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Четырехтактный ДВС состоит из одного или нескольких цилиндров, поршня, кривошипно-шатунного механизма, впускного и выпускного клапанов, свечи.
Рабочий цикл состоит из четырех тактов:
1) засасывания — горючая смесь попадает через клапан в цилиндр; 2) сжатия — оба клапана закрыты; 3) рабочий ход — взрывное сгорание горючей смеси; 4) выхлоп — выпуск отработанных газов в атмосферу.

Как устроен одноцилиндровый ДВС

Рассмотрим, какие части включает в себя одноцилиндровый двигатель (рис. 4).

Рис. 4. Основные части двигателя внутреннего сгорания

Основными частями являются цилиндр и поршень, который может двигаться внутри цилиндра поступательно. Над рабочей поверхностью поршня располагается свеча. В пространство между поршнем и свечой помещаются смесь паров топлива и воздуха. Такой газ называют рабочим телом. Электрическая свеча зажигания вызывает процесс горения топливовоздушной смеси.

Впуск воздуха и паров топлива и выпуск сгоревших газов осуществляется двумя клапанами, которые так и называют – впускным и выпускным.

А шатун соединяет поршень и коленчатый вал. С помощью такого соединения возвратно-поступательное движение поршня преобразовывается во вращательное движение коленчатого вала.

Для эффективной работы двигателя необходимо открывать и закрывать каждый клапан и подавать электричество к свече в нужные моменты времени. Поэтому, клапаны, поршень и свеча работают согласованно. Согласованность их работы реализована с помощью кулачкового механизма и различных датчиков, которые на рисунке не показаны.

Некоторые технические параметры паровой турбины мощностью 1200 МВт

Давление пара (свежего) — 23,5 МПа.
Температура пара — 540 °С.
Расход пара турбиной — 3600 т/ч.
Частота вращения ротора — 3000 об/мин.
Давление пара в конденсаторе — 3,6 кПа.
Длина турбины — 47,9 м.
Масса турбины — 1900 т.

Тепловая машина состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины. Принцип работы: воздух адиабатно засасывается в компрессор, поэтому его температура повышается до 200 °С и более. Далее сжатый воздух попадает в камеру сгорания, куда одновременно под большим давлением поступает жидкое топливо — керосин, фотоген, мазут.

При сгорании топлива воздух нагревается до температуры 1500-2000 °С, расширяется, и скорость его движения растет. Воздух движется с большой скоростью, и продукты сгорания направляются в турбину. После перехода от ступени к ступени продукты сгорания отдают лопастям турбины свою кинетическую энергию.

Часть энергии, полученной турбиной, идет на вращение компрессора; оставшаяся часть расходуется на вращение ротора электрогенератора, винта самолета или морского судна, колес автомобиля.

Газовую турбину можно использовать, кроме вращения колес автомобиля и винтов самолета или теплохода, в качестве реактивного двигателя.

Воздух и продукты сгорания с большой скоростью выбрасываются из газовой турбины, поэтому реактивная тяга, которая возникает при этом процессе, может использоваться для хода воздушных (самолет) и водных (теплоход) судов, железнодорожного транспорта.

Например, турбовинтовые двигатели имеют самолеты Ан-24, Ан-124 («Руслан»), Ан-225 («Мечта»). Так, «Мечта» при скорости полета 700-850 км/ч способна перевозить 250 тонн груза на расстояние почти 15 000 км. Это крупнейший транспортный самолет в мире.

Тепловые двигатели и их применение.doc

Тепловые двигатели и их применение Тепловой двигатель устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. К тепловым двигателям относятся паровая машина, двигатель внутренне реактивный двигатель. Их топливом является твердое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

Тепловые двигатели паровые турбины устанавливаются на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока, а также на всех атомных электростанциях для получения пара высокой температуры.

На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели на автомобильном поршневые двигатели внутреннего сгорания, на водном двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины, на железнодорожном тепловозы с дизельными установками, в авиации поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели.

Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта. Паровые машины Паросиловая станция. Работа этих двигателей производится посредством пара.

В огромном большинстве случаев это водяной пар, но возможны машины, работающие с парами других веществ например, ртути. Паровые турбины ставятся на мощных электрических станциях и на больших кораблях. Поршневые двигатели в настоящее время находят применение только в железнодорожном и водном транспорте паровозы и пароходы.

Для работы парового двигателя необходим ряд вспомогательных машин и устройств. Все это хозяйство вместе носит название паросиловой станции. На паросиловой станции все время циркулирует одна и та же вода.

Вода превращается в пар в котле, пар производит работу в турбине или в поршневой машине и снова превращается в воду в барабане, охлаждаемом проточной водой конденсатор. Из конденсатора получившаяся вода посредством насоса через сборный, бак сборник снова направляется в котел. В этой схеме паровой котел является нагревателем, а конденсатор холодильником. Так как в установке циркулирует практически одна и та же вода утечка пара невелика и добавлять воды почти не приходится, то в котле почти не получается накипи, т. е. осаждения

Экологические проблемы тепловых машин

Большое влияние на климат имеет состояние атмосферы, в частности наличие углекислого газа и водяного пара.

Так, изменение содержания углекислого газа приводит к усилению или ослаблению парникового эффекта, при котором углекислый газ частично поглощает тепло, которое Земля излучает в космос, задерживает его в атмосфере и повышает тем самым температуру поверхности и нижних слоев атмосферы. Явление парникового эффекта играет решающую роль в смягчении климата. При его отсутствии средняя температура планеты была бы не +15 °С, а ниже на 30-40 °С.

Сейчас в мире существует более 300 млн различного вида автомобилей, которые создают более половины всех загрязнений атмосферы.

За 1 год в атмосферу из тепловых электростанций в результате сжигания топлива выделяется 150 млн тонн оксидов серы, 50 млн тонн оксида азота, 50 млн тонн золы, 200 млн тонн оксида углерода, 3 млн тонн феона.

В состав атмосферы входит озон, который защищает все живое на земле от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей. В 1982 году Дж. Фарманом, английским исследователем, над Антарктидой была открыта озоновая дыра — временное снижение содержания озона в атмосфере. В момент максимального развития озоновой дыры 7 октября 1987 количество озона в ней уменьшилось в 2 раза.

Озоновая дыра, вероятно, возникла в результате антропогенных факторов, в том числе использования в промышленности хлорсодержащих хладонов (фреонов), которые разрушают озоновый слой. Однако исследования 1990 гг. не подтвердили эту точку зрения. Скорее всего, появление озоновой дыры не связано с деятельностью человека и является естественным процессом.

В 1992 году и над Арктикой была открыта озоновая дыра.

Если весь атмосферный озон собрать в слой у поверхности Земли и сгустить его к плотности воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре 0 °С, то толщина озонового щита будет всего лишь 2-3 мм! Вот и весь щит.

Немного из истории…

Июль 1769 года. В парижском парке Медоне военный инженер Н. Ж. Кюньйо на «огненной телеге», которая была оснащена двухцилиндровым паровым двигателем, проехал несколько десятков метров.
1885 год. Карл Бенц, немецкий инженер, построил первый бензиновый четырехтактный трехколесный автомобиль Motorwagen мощностью 0,66 кВт, на который 29 января 1886 года получил патент. Скорость машины достигала 15-18 км/ч.
1891 год. Готлиб Даймлер, немецкий изобретатель, изготовил грузовую тележку с двигателем мощностью 2,9 кВт (4 лошадиные силы) от легкового автомобиля. Максимальная скорость автомобиля достигала 10 км/ч, грузоподъемность в различных моделях составляла от 2 до 5 тонн.
1899 год. Бельгиец К. Женатци на своем автомобиле «Жаме Контант» («Всегда недовольная») впервые преодолел 100-километровый рубеж скорости.

Тепловые двигатели в жизни человека или можно ли получить работу без затрат энергии? Автор проекта Баданина Н.В. учитель физики Домбаровской СОШ 1. — презентация

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.

Экология Петербурга: где опасно жить, дышать, ходить

Серьезная проблема, стоящая перед человечеством — это «экологический кризис». Огромные масштабы преобразования энергии уже начали оказывать «планетарное» воздействие на климат Земли и состав атмосферы.

https://www.youtube.com/watch?v=lJO2_hiYK8w\u0026t=34s

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.

Источник

Тепловые двигатели вред и польза

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.

А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу два-три тонн свинца.

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.

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.

Физика 10 класс

«Фарадей» — Изменение силы тока. Упрощенный вариант опытов Фарадея. Изменение магнитного поля. Индукционный ток. Стрелка гальванометра. Фарадей по праву считается одним из основателей электротехники. Майкл Фарадей.

Существование магнитного поля. Знакомство с биографией. Королевский институт. Трансформатор. Магнитное действие. Ток. Занятия в Городском философском обществе. Сеть переменного тока.

Фарадей наглядно доказал разницу температур отдельных частей пламени.

«Физик Ломоносов» — Ломоносов внёс огромный вклад в развитие физической науки в России. Оптика. Закон сохранения вещества и энергии. М. В. Ломоносов и физика. Тепловые явления. Физическая химия. Теория строения тел. Идеи М. В. Ломоносова в современной физике. Вклад Ломоносова в физику. Биография. Природа электричества. Выводы.

«Физика «Равномерное прямолинейное движение»» — Какое движение называется прямолинейным. Простейший вид движения. Построить графики. График скорости. Уравнение движения тела. Уравнение движения. График координаты. Величина, равная пути пройденному в единицу времени. Что называется механическим движением. Решение. Виды движения. График пути. Равномерное прямолинейное движение.

«Определение поверхностного натяжения» — Форма пузыря. Как соединяются мыльные пузыри. Выдуть мыльные пузыри. Проблемный опыт. Поверхностное натяжение. Длина проволоки. Коррекция знаний. Отношение к материалу урока.

Коэффициент поверхностного натяжения. Какие силы действуют вдоль поверхности жидкости. Результаты исследования. Виртуальная лабораторная работа. Мыльные пузыри различного размера. Сферическая поверхность.

Процесс образования мыльных пузырей.

««Тепловые двигатели» 10 класс» — Паровые машины и паровые турбины применялись и применяются. Немного истории. Разновидности ДВС. Четырехтактный двигатель. Циолковский. Трехколесная коляска, изобретенная Карлом Бенцом.

КПД реактивных двигателей просто ничтожен. Двигатель работает по четырехтактному циклу. Немного о создателе. Применение. Виды двигателей. Дени Папен. Члены команды. Архимед. Тепловые двигатели.

Строение яркого представителя ДВС.

«Основы молекулярной физики» — 1827год. Основы молекулярной физики. Основные понятия. Молекулярно-кинетическая теория. Основные положения молекулярно- кинетической теории. Основные физические характеристики(величины).

Основное уравнение молекулярно- кинетической теории. Идеализированный объект изучения. Раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел. Броуновское движение. Основные формулы.

Диффузия-перемешивание веществ при непосредственном контакте.

«Физика 10 класс»

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.

Общие требования к топливам как термодинамической системе

Виды топливных фильтров для дизельных двигателей и их функции С учетом приведенных факторов топлива для тепловых двигателей должны отвечать следующим общим требованиям.

1. Обладать высоким значением теплоты сгорания или удельного импульса (в случае ракетных двигателей), высокой плотностью.

Плотность веществ и их теплота сгорания между собой не связаны, поэтому при сравнении альтернативных вариантов топлив нередки случаи, когда более эффективное по удельному импульсу (теплоте сгорания) топливо обладает меньшей плотностью, и наоборот.

Поэтому необходим учет совместного влияния обоих энергетических параметров топлива, хотя иногда влияние плотности топлива оказывается менее значимым, чем удельного импульса.

Число возможных сочетаний окислителей с горючими для ракетных двигателей, особенно для ЖРД, может достигать нескольких сотен. Если какая-то группа топлив выбрана из условий назначения летательного аппарата и удовлетворяет его эксплуатационным, экономическим и экологическим параметрам, то сопоставление отдельных топлив из выбранной группы по энергетическим возможностям можно выполнить по расчетному значению приращения идеальной скорости летательного аппарата (ЛА)
(4.1)
где — массовое число ЛА;

В чем заключается работа экологических организаций в России

— масса ЛА в момент включения двигателя (для двигателей первой ступени — стартовая масса ЛА);
т
к— масса ЛА в момент выключения двигателя (конечная масса ЛА);
т
т— масса топлива.
Формула для вычисления получена в предположении прямолинейного движения в пустоте и отсутствия действия на ЛА гравитационных сил.

Для первых ступеней ракет влияние на относительных изменений удельного импульса и плотности при выборе различных топлив в энергетическом плане примерно одинаково. Для верхних ступеней ракет оправдано применение топлив с высоким удельным импульсом (с использованием в качестве, горючего жидкого водорода), хотя и с малой плотностью.

2. В условиях длительного хранения, транспортировки и применения необходимы высокая стабильность, низкая гигроскопичность, малая токсичность и взрывобезопасность топлив и его компонентов.

3. Применение топлива или отдельных его компонентов должно быть экономически целесообразным: сырьевые ресурсы должны быть достаточными, технологическая и производственная база — доступной и развитой. Желательно, чтобы компоненты топлива для ракет военного назначения находили применение в отраслях, не связанных с оборонной техникой.

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.

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.