Влияние работы теплового двигателя на окружающую среду

Тепловые машины – основа нашей индустриальной цивилизации. Они приводят в движение автомобили и корабли, вырабатывают ток на электростанциях, дают энергию для работы предприятий. Вместе с тем, использование тепловых машин – причина серьезных экологических проблем, которые становятся все острее.

Что такое тепловая машина

Тепловая машина (ТМ) – тип двигателя, преобразующий тепло в полезную работу. Он состоит из трех элементов:

• нагревателя;
• холодильника;
• рабочего тела.

Тепловые двигатели (ТД) распространены повсеместно: на транспорте, в энергетике, промышленности. Изобретение паровой машины привело к индустриальной революции XVIII-XIX столетий, радикально изменило облик нашего мира.

Как работает тепловой двигатель

Работа теплового двигателя основана на способности веществ расширяться при повышении температуры. В качестве рабочего тела в ТД используется газ, который нагревается за счет сжигания топлива.

Работа двигателя равна разности подведенного и отведенного тепла. Коэффициент полезного действия – это отношение работы к теплу, подведенному к системе. Принцип действия тепловых машин основан на 1-м и 2-м законе термодинамики.

Вредные вещества

Для работы тепловых двигателей чаще всего применяется ископаемое топливо или продукты его переработки: уголь, газ, мазут, бензин, керосин и др. Они никогда не сгорает на 100%, и остатки загрязняют окружающую среду.

Не меньший вред наносят продукты сгорания. При работе ТМ выделяются следующие виды вредных веществ:

• сажа;
• углекислый газ;
• угарный газ;
• оксид азота;
• соединения свинца;
• формальдегид;
• бензол.

Атомные электростанции – также тепловые машины, в которых для нагревания рабочего тела используются ядерные реакции. Их эксплуатация связана с опасностью загрязнения окружающей среды радиоактивными материалами.

Виды загрязнений

Выбросы токсичных веществ – главный негативный фактор воздействия тепловых машин на окружающую среду.

В процессе сжигания топлива расходуется много кислорода, что приводит к уменьшению его количества в воздухе. В странах с развитой промышленностью двигатели и турбины потребляют кислорода больше, чем его успевают выделять растения.

Тепловое загрязнение

При работе любого двигателя внешнего или внутреннего сгорания выделяется много тепла, что приводит к «тепловому загрязнению».

Последствия для экологии

Тепловые машины – один из главных источников загрязнения окружающей среды. Экологические проблемы при использовании ТД носят комплексный характер – токсичные выбросы отравляют воздух, почву и воду.

Атмосфера принимает на себя первый удар. Тепловые машины ежегодно выбрасывают в окружающую среду около 60 млн тонн оксидов серы и примерно 200 млн тонн сажи. Количество окисей азота, соединений свинца, углеводородов также исчисляется миллионами тонн.

В 2018 году в атмосферу было выброшено 33,9 млрд тонн углекислого газа, что на 2% больше, чем годом ранее. Он считается одной из главных причин парникового эффекта и изменения климата.

Токсические вещества из атмосферы попадают в почву или воду. Они меняют их химический состав, что самым негативным образом сказывается на живых организмах.

Влияние на живые организмы

Например, свинец, который добавляют в моторное топливо, является сильнейшим канцерогеном. Аналогичными свойствами обладает хром, бром и их соединения.

Соединения азота и серы, вступая в реакции с влагой воздуха, образуют ядовитые кислоты. Именно они – причина кислотных дождей, которые убийственно действуют на почву и растительность.

Пути решения проблемы

Можно утверждать, что ТД породили современное индустриальное общество. При этом необходимость их замены с каждым днем становится все более очевидной. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды плохо сочетаются друг с другом.

Автобус на электрической тяге

Альтернативы для этого уже есть: тепловые электростанции можно заменить солнечными панелями, а автомобили с ДВС – электрокарами.

Такой переход потребует много времени и еще больше ресурсов, но результат оправдает эти затраты.

Теплоэнергетика

Предприятия теплоэнергетики следует вынести за границы населенных пунктов. От этого они не будут выделять в атмосферу меньше вредных веществ, но их концентрация в городах станет меньше.

Следует отказаться от наиболее «грязного» вида ископаемого топлива – каменного угля. Природный газ дает меньше выбросов сажи и других вредных веществ. Хорошей альтернативой является водород, однако технологии его получения и использования пока не отработаны.

Выбросы автомобилей

Вполне реально уменьшить вред, который окружающей среде и здоровью людей наносят автомобили с ДВС. Эффективным методом является жесткий контроль качества моторного топлива. Уже сегодня во многих странах запрещена продажа бензина с добавками свинца.

Существуют стандарты по количеству вредных веществ в выхлопных газах самих автомобилей. Они зависят от конструкции двигателя и системы зажигания, наличия нейтрализаторов.

Хорошим решением является перевод транспорта на различные виды природных газов.

Уменьшить загазованность в населенных пунктах позволяет правильная организация дорожного движения. Установлено, что большая часть выбросов происходит во время нахождения машин в «пробках».

Альтернативная энергетика

Доля «зеленой» энергии в мировой генерации с каждым годом увеличивается.

Защита атмосферы

Для защита атмосферы от вредных выбросов сегодня используется несколько методов. Чтобы уменьшить концентрацию выбросов, трубы делают выше. Куда более эффективно работают различные фильтры, улавливающие отходы. Однако такая очистка достаточно дорого стоит и также не дает полной гарантии.

Экологические проблемы использования тепловых машин и пути их решения

Экологические проблемы использования тепловых двигателей в последнее время стоят очень остро для разных стран мира. Прежде чем определить эффективные пути решения, нужно понять, что такое тепловые двигатели и как именно они пагубно отражаются на экологии.

Что такое тепловая машина

Тепловые машины — двигатели и более простые устройства, которые для выполнения определенных функций используют тепловую энергию. Этот термин довольно широк и включает в себя много разных механизмов.

Приборы, использующие тепло, постоянно окружают человека. Если кратко объяснить, то и холодильник можно отнести к подобным агрегатам. В нем тепло из холодильной камеры переносится в радиатор на задней стенке, чем незаметно греет в помещении воздух. Но холодильник не создает никаких вредных выбросов, в отличие от других тепловых машин.

Как работает тепловой двигатель

Основывается работа теплового двигателя на способности веществ расширяться при повышении температуры. Как рабочее тело используется в тепловом механизме газ, нагреваемый за счет сжигания топлива.

Все агрегаты функционируют циклически. Для запуска такой системы температура нагревателя должна значительно превышать Т окружающей среды. При обратном ходе поршня температура газа понижается за счет холодильника.

Внимание!

Охладителем может выступать атмосфера или жидкость.

Работа двигателя — разность подведенного и отведенного тепла. КПД приравнивают к отношению работы к теплу, которое подведено к системе.

Экологические проблемы использования тепловых машин

Роль тепловых двигателей в экологии Земли довольно существенная. Так, при использовании этих агрегатов наблюдаются некоторые проблемы для окружающей среды.

Нагревание атмосферы

Из-за этого происходит глобальное потепление и таяние ледников. Воздействие на экологию следующие:

1. Загрязнение атмосферы азотными и серными веществами.
2. Из воздуха выводится используется кислород.
3. Происходит выделение углекислого газа.
4. Более половины загрязнений воздуха происходит из-за транспортных средств — ежегодно выбрасывается 2-3 млн т свинца. В крупных городах именно выбросы являются причиной токсичного смога.
5. Топливо полностью не сгорает, но в атмосферу выделяется примерно 200 млн т сажи, золы, 70 т оксида серы.

Из этого следует, что влияние тепловых двигателей на экологию бесспорно. И его нельзя назвать позитивным.

Последствия для экологии

Один из основных источников окружающей среды — тепловые машины. Экологические проблемы при использовании этих агрегатов носят комплексный характер — из-за токсических выбросов происходит загрязнение земли, воды и воздуха.

Первый удар приходится на атмосферу. Каждый год из-за тепловых машин в грунт и воду попадают токсические вещества. В результате меняется их химический состав. Это пагубно отражается на живых организмах. Дополнительный негативный эффект также связан с составом дыма. Мелкодисперсная угольная пыль попадает в органы дыхания.

Ситуация с химическим составом выбросов автомобилей еще хуже. По этой причине у людей наблюдаются такие болезни, как злокачественные образования, обструктивные изменения и подобные. Тепловые двигатели и экология несовместимы, поскольку эти агрегаты вызывают кислотные дожди, разрушение озонового слоя и не только.

Влияние на живые организмы

Тепловые машины и экология, то как влияют эти механизмы на живые организмы — интересует все большее число людей на планете. Самыми опасными элементами из всего, что выделяется в окружающую среду, являются соединения свинца, фенола, азота и углеводорода.

Внимание!

Свинец, входящий в состав топлива для дизеля — сильный канцероген. Такие же свойства у хрома, брома, а также их соединений.

Из-за выбросов тепловых машин происходит угнетение иммунной системы человека, что провоцирует дыхательные и сердечно-сосудистые болезни. Соединения серы и азота, при реакции с влагой в воздухе, образуют токсичные кислоты. Именно они являются причиной кислотных дождей, которые пагубно отражаются на растительности и состоянии грунта.

Пути их решения

Решение проблем с пагубным воздействием тепловых механизмом включает:

1. Модификацию уже существующих тепловых машин до состояния с максимально возможным сгоранием топлива и незначительными выбросами в атмосферу.
2. Обновление и улучшение систем фильтрации, которое направлено на вторичное применение выхлопных газов. На этом принципе основывается создание тепловых двигателей с замкнутым циклом.
3. Вынесение предприятий теплоэнергетики за пределы населенных пунктов. Конечно, выделение токсинов в атмосферу не уменьшится, но их концентрация в городах упадет.
4. Отказ от применения каменного угля в пользу природного газа, который выделяет меньше сажи и прочих вредных веществ.
5. Жесткий контроль качества моторного топлива. Многие страны уже запретили продавать бензин со свинцом.
6. Правильную организацию дорожного движения. Оказалось, что большая часть выбросов происходит во время дорожных заторов.
7. Применение альтернативной энергии, которая не связана с непосредственным горением топлива любого вида. Так, ТЭС заменить можно солнечными панелями, а дизельные и бензиновые авто – электрокарами.

Внимание!

Каменный уголь заменить можно и водородом, но технология его получения и использования до конца не разработана.

Необходимо понимать, что природу нужно беречь, в противном случае это чревато печальными последствиями. Проблемы в экологии, которые связаны с использованием тепловых двигателей, постоянно увеличиваются, поэтому необходимо их заменить, т. к. довольно плохо сочетаются подобные механизмы с охраной окружающей среды. Но для этого требуется большие затраты и немало времени.

Реферат на тему «Вредное воздействие тепловых двигателей и экологические проблемы»

Содержание

Введение
1. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды
2. Экологические проблемы тепловых двигателей
3. Факторы отрицательного влияния автомобильного транспорта на человека и окружающую среду
4. Методы борьбы с вредными воздействиями тепловых двигателей на окружающую среду
5. Выбросы от автотранспорта в атмосферу
6. Влияние вредных веществ на организм
Заключение

Список использованных источников

• Введение
• «Раньше природа устрашала человека, а сейчас человек устрашает природу». —  Жак Ив Кусто

Создание тепловых двигателей – необходимый атрибут современной цивилизации. Данная тема очень актуальна, так как прогресс человечества теснейшим образом связан с развитием энергетики, транспорта.

Автомобильный транспорт играет огромную роль в формировании современного характера расселения людей и распространении туризма, в территориальной децентрализации промышленности и сферы обслуживания.

Овладение новым источником энергии, открытие новых путей её преобразования и использования – это целая эпоха в истории развития цивилизации.

Так, мощный расцвет промышленности в XIX в. был связан с изобретением первого теплового двигателя – паровой машины. Создание двигателя внутреннего сгорания послужило базой для развития автомобильного транспорта и самолётостроение.

Газовая турбина буквально в последние четыре десятилетия вызвала переворот в авиации – замену тихоходных самолётов с поршневым двигателем реактивными и турбовинтовыми лайнерами, скорость которых приближается к скорости звука, а в последнее время — и сверхзвуковыми.

С помощью реактивных тепловых двигателей осуществлена вековая мечта человечества – выход в космическое пространство.

Основная доля электроэнергии вырабатывается тепловыми электростанциями, генераторы которых приводятся в действие паровыми турбинами. На атомных электростанциях энергия, выделяющаяся при ядерных реакциях, также преобразуется сначала в энергию пара, который приводит в движение паровую турбину, а последняя – ротор генератора, в котором вырабатывается ток.

Целью является рассмотреть какое пагубное влияние оказывают тепловые двигатели машины на окружающую среду, какие существуют пути решения этих экологических проблем и какие природоохранные мероприятия необходимо проводить и проводятся для улучшения экологической обстановки в России,а также в других странах мира.

1. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Неуклонный энергетических мощностей- все большее распространение укрощенного огня-приводит к тому, что количество выделяемой кислоты становится сопоставимым с другими компонентами теплового баланса в атмосфере. Это не может не приводить к повышению средней температуры на Земле.

Повышение температуры может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана. Но этим не исчерпываются негативные последствия применения тепловых двигателей.

Растет выброс в атмосферу микроскопических частиц- сажи, пепла, измельченного топлива, что приводит к увеличению «парникового эффекта», обусловленного повышением концентрации углекислого газа в течение промежутка времени. Это приводит к повышению температуры атмосферы.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Выбрасываемая в атмосферу токсические продукты горения, продукты неполного сгорания органического топлива- оказывают вредное воздействие на флору и фауну. Особую опасность в этом отношении представляют автомобили,   число которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена.

1. Все это создает ряд серьёзных проблем перед обществом.
2. Необходимо повышать эффективность сооружений, препятствующих выбросу в атмосферу вредных веществ; добиваться более полного сгорания топлива в автомобильных двигателях, а также увеличении эффективности использования энергии, экономии на производстве и в быту.
3. 2. Экологические проблемы тепловых двигателей
4. ЭКОЛОГЧЕСКИЙ КРИЗИС, нарушение взаимосвязей внутри экосистемы или необратимые явления в биосфере, вызванные антропогенной деятельностью и угрожающие существованию человека как вида. По степени угрозы естественной жизни человека и развитию общества выделяются неблагоприятная экологическая ситуация, экологическое бедствие и экологическая катастрофа
5. Загрязнения от тепловых двигателей:

1. Химическое.
2. Радиоактивное.
3. Тепловое.

• КПД тепловых двигателей < 40%, в следствии чего больше 60% теплоты двигатель отдаёт холодильнику
• При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается
• Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, азотных, серных и других соединений.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать реферат

3. Факторы отрицательного влияния автомобильного транспорта на человека и окружающую среду

На сегодняшний день российское автомобилестроение отстает в техническом отношении от мирового уровня. В серийном производстве находятся автомобили, которые проектировались 20-30 лет назад. Технологический уровень производства не позволяет достичь требуемой точности сборки и обработки деталей. Свой вклад в загрязнение ОС вносит низкое качество топлива: около 70% — этилированного бензина.

Среди всех видов транспорта автомобильный наносит наибольший ущерб окружающей среде. В России в местах повышенного загрязнения воздуха проживает около 64 млн. человек, среднегодовые концентрации загрязнителей воздуха превышают предельно допустимые более чем в 600 городах России.

Государственные затраты на охрану природы составляют доли процента бюджета, что в десятки раз меньше аналогичного показателя для развитых стран. Несмотря на обвальное сокращение производства, состояние окружающей природной среды Российской Федерации постоянно ухудшается.

Наиболее значимые факторы отрицательного влияния автомобильного транспорта на человека и окружающую среду следующие:

• Загрязнение воздуха;
• Озоновые дыры;
• Загрязнение Мирового океана;
• Загрязнение окружающей среды;
• Шум, вибрация;
• Выделение тепла (рассеяние энергии), т.е. парниковый эффект.

В настоящее время идет борьба с автомобильной опасностью. Конструируются фильтры, разрабатываются новые виды горючего, содержащие меньше свинца.

Сокращением добавок и переход к бессвинцовому бензину породит ряд технических проблем. Итак, в перспективе можно устранить рассеивание свинца ДВС.

Но останутся другие вредные компоненты ОГ – угарный газ, окислы азота, канцерогенный бенз(а)пирен и т.п.

4. 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.
• Снижение вредных выбросов.
• Контроль за выхлопными газами, модификация фильтров.
• Сравнение эффективности и экологической безвредности различных видов топлива, перевод транспорта на газовое топливо.

1. Перспективы использования электрических двигателей, пневмокаров, транспорта на солнечных батареях.
2. 5. Выбросы от автотранспорта в атмосферу
3. 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.

Угарный газ и окислы азота, столь интенсивно выделяемые на первый взгляд невинным голубоватым дымком глушителя автомобиля – вот одна из основных причин головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности.

Сернистый газ способен воздействовать на генетический аппарат, способствуя бесплодию и врожденным уродствам, а все вместе эти факторы ведут к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию к самым близким людям.

В больших городах также более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования. По расчетам специалистов, «вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет до 90% по окиси углерода и 70% по окиси азота.

Автомобиль также добавляет в почву и воздух тяжелые металлы и другие вредные вещества.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена реферата

Основными источниками загрязнения воздушной среды автомобилей являются отработавшие газы ДВС, картерные газы, топливные испарения.

6. Влияние вредных веществ на организм

Некоторые компоненты вредных выбросов автомобильного транспорта участвуют в процессах взаимодействия с компонентами воздушной среды, результатом которых является возникновение новых вредных веществ (вторичные атмосферные загрязнители). Загрязнители вступают с компонентами атмосферного воздуха в физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.

• Многообразие продуктов выхлопов автомобильных двигателей может быть классифицировано по группам, сходным по характеру воздействия на организмы или химической структуре и свойствам:
• 1) нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар и углекислый газ, содержание которых в атмосфере в обычных условиях не достигает уровня, вредного для человека;
• 2) моноксид углерода, наличие которого характерно для выхлопов бензиновых двигателей;
• 3) оксиды азота (~ 98% NО,~ 2% NO2), которые по мере пребывания в атмосфере соединяются с кислородом;
• 4) углеводороды (алкин, алкены, алкадиены, цикланы, ароматические соединения);
• 5) альдегиды;

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

1. 6) сажа;
2. 7) соединения свинца.
3. 8) серистый ангидрид.

Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов, в том числе от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, температуры и влажности и т.д. Лица пожилого возраста, дети, больные, курильщики, страдающие хроническим бронхитом, коронарной недостаточностью, астмой, являются более уязвимыми.

Среди факторов прямого действия (все, кроме загрязнения окружающей среды) загрязнение воздуха занимает, безусловно, первое место, поскольку воздух – продукт непрерывного потребления организма.

Заключение

Во всех странах мира с развитой промышленностью ведутся работы, направленные на снижение и ликвидацию последствий загрязнения воздуха. Основные усилия направлены на предупреждение выбросов загрязнений в атмосферу.

На всех действующих и новых теплоцентралях и тепловых электростанциях устанавливают газоочистное и пылеулавливающее оборудование. Предпринимаются меры по рациональному размещению тепловых электростанций.

Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию..

Чтобы уменьшить негативные последствия работы тепловых двигателей, действуют в двух направлениях: с одной стороны, совершенствуют эти двигатели, повышая их КПД и уменьшая выброс вредных веществ, с другой стороны — используют энергосберегающие технологии.

В странах, где эти технологии разрабатываются и применяются, потребление энергии на производство той же самой продукции в несколько раз ниже, чем в странах, которые только сейчас начинают уделять внимание энергосберегающим технологиям.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать реферат

Таким образом, нельзя сказать, что вопросу загрязнения транспортом не уделяется никакого внимания.

Все больше обычные поезда заменяются электровозами, разрабатываются и уже выпускаются автомобили на аккумуляторных батареях, при современных темпах прогресса можно надеяться на то что вскоре появятся и экологически чистые авиационные и ракетные двигатели. Правительства принимают решения против загрязнения планеты. Об этом свидетельствует и принятая декларация.

Охрана природы — задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей окружающей среде, но до сих пор многие из нас считают их неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справиться со всеми выявившимися затруднениями.

Список использованных источников

1. А. С. Енохович, хрестоматия по физике – М.: Просвещение, 1999
2. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: – М., Высшая школа., 1989.
3. Кабардин О. Ф. Физика: Справочные материалы: Просвещение 1991.

4. Интернет–ресурсы.

Реферат на тему «Вредное воздействие тепловых двигателей и экологические проблемы» обновлено: 10 января, 2019 автором: Научные Статьи.Ру

Экологические проблемы использования тепловых двигателей

Экологические проблемы сегодня в большей степени связаны с использованием тепловых машин. Чтобы они работали, требуется энергия, получаемая путем сгорания топлива.

Опасность для экологии представляют именно продукты горения, которые в крупных городах выбрасываются тоннами в атмосферу.

В результате возникает фотохимический смог, ухудшающий видимость и приводящий к тяжелым заболеваниям легких.

Вы за или против добычи нефти?

Что такое тепловая машина?

Экологические проблемы, провоцируемые тепловыми машинами, появляются за счет физических особенностей данных механизмов. Им для выполнения работы необходима тепловая энергия. Термин «тепловая машина» – объемен, включает разнообразные устройства, окружающие нас ежедневно. Котел парового отопления, самолет, тепловоз – все они относятся к тепловым машинам.

Даже холодильник можно отнести к разряду тепловых машин. Он перемещает тепло из холодильной камеры на радиатор, расположенный на задней стенке. При роботе отмечается минимальный нагрев воздуха вокруг холодильника. Но изменения показателей температуры незначительны, а также отсутствует выброс загрязняющих веществ в атмосферу.

Где можно встретить тепловые двигатели?

Теплодвигатели встречаются повсеместно. Их распространенность настолько велика, что подчас мы их просто не замечаем. Приведем несколько примеров:

• двигатели внутреннего сгорания в автомобилях;
• паровые турбины водного транспорта;
• турбореактивные двигатели самолетов.

Массовое распространение теплодвигателей стало причиной быстрого развития тепловой промышленности, а соответственно привело к усиленному негативному воздействию на окружающую среду.

Как работает тепловая машина?

В основе работе тепловой машины – преобразование тепла в энергию движения. При горении образуется дым, состоящий из частиц топлива. При этом полного сгорания не возникает, что способствует попаданию токсических элементов в атмосферу.

На примере паровоза предлагаем рассмотреть особенности работы тепловой машины. Сегодня локомотивы редко встречаются, их заменили поездами или электровозами.

Топливом для паровоза служит уголь. Он, сгорая, нагревает воду с образованием пара, который за счет давления воздействует на систему поршней, заставляя их двигаться. Поршни соединены с колесами, что приводит их в движение. Поэтому без основного компонента – угля, паровоз не смог бы сдвинуться с места.

Дополнительно горение сопровождается дымом, который выбрасывается через трубу в атмосферу. Стоит вспомнить ретро-кадры старинных тепловозов, приближающиеся к станции в облаке дыма. Урбанизация – польза для человечества и вред для экологии.

Максимальный КПД тепловой машины

Для тепловой машины определяющим фактором эффективности работы считается коэффициент полезного действия (КПД). В основе расчета КПД – формула Карно, основанная на температуре нагревателя и холодильника. Формула позволяет определить идеальный и реальный теплодвигатель.

Рассмотрим в разрезе реальных тепловых машин. Для них существует предел КПД, который определяется следующим:

• температура охлаждения не может упасть ниже температуры окружающего воздуха;
• нагревание ограничено физическими свойствами материала – теплостойкость (жаропрочность).

Поэтому инженеры сегодня занимаются поиском способов безопасного нагрева в сочетании с уменьшением трения элементов двигателя, сокращением потери топлива при неполном сгорании.

Как происходит загрязнение?

Загрязнение окружающей среды под влиянием тепловых двигателей происходит в двух направлениях:

1. Непосредственный выброс токсических соединений.
2. Тепловое загрязнение совместно с уменьшением кислорода.

При сжигании топлива в окружающую атмосферу выбрасываются соединения серы и азота. Взаимодействуя с элементами воздуха, формируются кислотные осадки. Они повреждают растения, вызывая некротические изменения листьев. Дополнительно токсические дожди снижают качества почвы и подземных вод, что приводит уменьшению сельскохозяйственных угодий.

Параллельно отмечается сгорание кислорода за счет высокой температуры в выбрасываемом дыме. Уровень углекислого газа, соответственно, растет. Подобный дисбаланс кислорода и углекислого газа провоцирует «парниковый эффект». Климатические изменения, связанные с повышением температуры на планете, отличаются глобальностью и повышенной значимостью для человека, флоры и фауны.

Неполное сгорание топлива

Тепловые двигатели характеризуются неполным сгоранием топлива. В результате в атмосферу попадают горючие газы:

• H2 – свободный водород;
• CH4 – метан;
• CO – окись углерода.

При образовании окиси углерода (за счет выпадения аморфного углерода, не сгораемого при температуре менее 700 градусов) появляется сажа. Она включает смолистые соединения, что провоцирует образование смога над потоком машин.

С увеличением количества автотранспорта на дорогах концентрация продуктов неполного сгорания в атмосферном воздухе неукоснительно растет.

Автомобильная промышленность сегодня развивается в направлении экологически чистых машин, работающих не на бензине. Массово перевести населения на безопасные варианты двигателей – оптимальное, но трудновыполнимое решение.

Негативное влияние на экологию

Вред тепловых двигателей на окружающую среду бесспорный. Безусловно, единичный тепловоз, передвигающийся между населенными пунктами, не представлял опасность.

Но человечество развивается, что требует увеличения парка паровозов. Они загрязняли атмосферу с образованием дымных смогов. При этом дополнительный негативный эффект определялся составов дыма.

Она содержала мелкодисперсную угольную пыль, которая оседала в легких человек.

Химический коктейль современного транспорта гораздо сложнее. За счет сгорания дизельного топлива, бензина, керосина, мазута появляются соединения, действующие на экологию и человека губительно.

При этом если воздействие отдельных компонентов изучено, то комплексное влияние сильнее, сложнее устраняется. Загрязненный воздух поражает легкие, вызывая аллергические и обструктивные изменения.

Канцерогенный эффект проявляется ростом онкологических заболеваний.

Экологические проблемы использования тепловых машин – кислотные дожди, разрушение озонового слоя, парниковый эффект. И это далеко не весь перечень.

Методы борьбы с влиянием тепловых машин

Методы решения проблемы опасного воздействия тепловых машин включают:

1. Модификация существующих теплодвигателей до состояния с максимально возможным сгоранием топлива и минимальными выбросами в окружающую атмосферу.
2. Обновление и улучшение систем фильтрации, направленное на вторичное использование выхлопных газов. Этот принцип лежит в основе создания тепловых машин с замкнутым циклом.
3. Использование альтернативных форм энергии, не связанных с непосредственным горением любого вида топлива.

Человечеству стоит понять, что ресурсы и возможности планеты ограничены. Бесконечно засорять Землю не получится. В конечном итоге мы можем подойти к такой точке невозврата, когда наши действия не принесут эффекта. Задача сегодня – сохранить природу для себя и будущих поколений.