Наносит ли ущерб природе работа тепловых двигателей


На сегодняшний день каждый житель нашей планеты должен задуматься о ее будущем, ведь технологии не стоят на месте. С каждым годом экология становится все хуже и хуже. Конечно, ученые разрабатывают новые виды автомобилей, не наносящих столь опасного вреда планете, но процесс такого развития происходит не так быстро, как того хотелось бы. Именно поэтому мы должны задуматься об экологических проблемах использования тепловых машин. В данной статье об этом и поговорим.

Чем являются теплодвигатели

Вы можете об этом даже не догадываться, но с теплодвигателями встречается ежедневно каждый из нас, поэтому экологическая проблема использования тепловых машин должна быть выдвинута на первый план. К теплодвигателям можно отнести механизмы, которые отвечают за движение кораблей, самолетов, автомобилей, и другую автотранспортную технику. Столь широкое применение двигателей такого типа и стало причиной того, что тепловая промышленность стала столь востребованной.

В чем экологическая проблема использования тепловых машин


Самой первой и глобальной проблемой является то, что тепловые механизмы с помощью своих выбросов способны нагревать окружающие предметы и атмосферу в целом. А это становится причиной глобального потепления и резкого таяния ледников. По словам специалистов, именно рука человека привела к тому, что уровень Мирового океана начал значительно повышаться.

Каждый из нас должен быть готовым к тому, что изменение условий окружающей среды повлияет и на образ жизнедеятельности человека. Несмотря на столь серьезную угрозу, человечество мало задумывается о том, какой будет жизнь на планете Земля через пару десятков лет.

Где можно встретить тепловые двигатели

На сегодняшний день экологическая проблема использования тепловых машин очень актуальна, ведь использование теплодвигетелей ведется в глобальном масштабе. Оглянитесь вокруг, по всему миру миллионы автомобилей перевозят пассажиров, а также различные грузы. Также не стоит забывать и про авиа- и ракетостроение, а также про загрязнение водных ресурсов судами. Все эти средства оказывают крайне отрицательное влияние на экологию. Под угрозой находится не только атмосфера, но литосфера и гидросфера.

Как происходит загрязнение

Не стоит забывать, что загрязнение воздуха и водных ресурсов происходит за счет того, что во время работы тепловой двигатель сжигает нефть и уголь, и выделяет в окружающее пространство серные и азотные соединения. Все это опасно не только для здоровья человека, но также и способствует вымиранию флоры и фауны всей планеты.


В процессе переработки топлива в атмосферу не только выделяется огромное количество плохих веществ, но также происходит и процесс сжигания кислорода. Идеальная тепловая машина расходует минимальное количество электрической и механической энергии. Однако такой расход будет существовать в любом случае. А это говорит о том, что происходит постоянный процесс отдачи в атмосферу теплоты. Такой процесс приводит к тому, что средние температурные показатели на планете ежегодно увеличиваются. Тепловое загрязнение воздуха опасно также тем, что во время сгорания топливных материалов концентрация углекислого газа в атмосфере значительно повышается, а это станет причиной возникновения на планете «парникового эффекта». По словам ученых, средние температурные показатели на планете с каждым годом увеличиваются, а это несет в себе реальную угрозу тотальной смены климатических условий.

Неполное сгорание топлива

Трудно представить себе отрасль человеческой деятельности, в которой не будут задействованы тепловые двигатели. Поэтому несложно разобраться, где используют тепловые машины.

Еще одной экологической проблемой данного вида двигателя является то, что используемое топливо сгорать полностью не может. А это приводит к тому, что воздух заполняется большим количеством выбросов, которые мы постоянно вдыхаем вместе с кислородом. Согласно статистическим данным, тепловые установки выбрасывают в атмосферу ежегодно около двухсот миллионов тонн сажи и золы, около семидесяти тонн оксида серы. К сожалению, эти цифры ежегодно растут. Хотя все цивилизованные страны мира пытаются решить эту проблему, и перейти на более безопасные типы двигателей.

Максимальный КПД тепловой машины


Рассматривая процесс работы тепловых двигателей, стоит обратить внимание на такое понятие, как коэффициент полезного действия. При построении рабочего кругового процесса, очень важно определить, какой из обратимых процессов будет самым экономичным. В физике такое явление рассматривается под названием «цикл Карно». Чтобы найти работу данного цикла, нужно найти сумму всех работ, которые совершает машина, при проведении всех процессов, входящих в строение цикла.

Коэффициент полезного действия зависит от температур охлаждения и нагревания, и в то же время не зависит от природы происхождения рабочего тела. КПД будет всегда меньше единицы, и если есть необходимость его повысить, то нужно уменьшить температуру охлаждения, и в то же время увеличить температуру нагревания.

Сфера применения

Тепловые машины и их применение, экологические проблемы – это информация, с которой должен ознакомиться каждый житель нашей планеты. Тепловой двигатель – это очень важный механизм, способный преобразовывать внутреннюю энергию топлива в механическую. К тепловым машинам можно отнести такие агрегаты, как двигатель внутреннего сгорания, паровые машины, реактивные двигатели, а также газовые турбины. В качестве топлива такие агрегаты могут использовать атомную и солнечную энергии, а также жидкое и твердое топливо.


На сегодняшний день тепловые двигатели устанавливают на атомных и тепловых электростанциях, а также на всех видах транспорта. На самом деле, тяжело представить современную жизнь без деятельности тепловых машин. Современная цивилизация просто не смогла бы существовать без достаточного количества дешевой электроэнергии, а также без всех видов скоростного транспорта. Однако в это же время люди должны задумываться и о возможности сохранить экологию нашей планеты.

Методы решения проблемы

Какой бы не была проблема, при желании всегда можно найти методы ее решения. Выброс загрязняющих веществ является глобальной проблемой, однако если приложить усилия, с ней можно справиться. Конечно, на сегодняшний день человечество не сможет полностью отказаться от использования тепловых двигателей, ведь это сравнительно дешевый и доступный метод получения энергии. Однако важным шагом в решении такой проблемы является подход в повышении коэффициента полезного действия.

Ведь есть возможность использовать гораздо меньше топлива, но при этом получать большее количество энергии. Выполняя менее энергозатратно определенный вид работы, можно сэкономить не только природные ресурсы, но и оказать меньший вред нашей планете.

На сегодняшний день единственным эффективным методом борьбы с загрязнением окружающей среды является возможность увеличить эффективность применения энергии, а также переход на инновационные энергосберегающие методики.

Выводы


Ни для кого не секрет, что на сегодняшний день экологическое состояние нашей планеты плачевное. Но неправильно будет и говорить, что технологии стоят на месте. Нет, этого утверждать нельзя. С каждым годом все больше внимания уделяется решению проблемы загрязнения окружающей среды. Обратите внимание на то, что все большее количество поездов заменяют обычные электровозы. Также большую популярность набирают электроавтомобили. В современную промышленность внедряется все большее количество современных технологий. Существует огромная вероятность, что уже очень скоро мир увидит экологические безопасные ракетные и авиадвигатели. Правительство многих стран занимается вопросами очищения и озеленения планеты.

Хочется сказать о том, что каждый житель нашей планеты отвечает за ее состояние. Конечно, может лично вы и не внедряете новые технологии, и может у вас недостаточно средств для приобретения автомобиля с экологическим двигателем. Но ведь никто не отменял велосипед. Такой транспорт не только с легкостью домчит вас до пункта назначения, но также и положительно повлияет на состояние вашего здоровья. Задумайтесь, возможно, у вас есть возможность добраться до работы на велосипеде, вместо того, чтобы выезжать из гаража на автомобиле.

Также вы можете посадить дерево или кустарник, и уже эта планета станет немного лучше. Не забывайте о том, что вы точно так же, как и все другие жители нашей планеты, отвечаете за ее сохранность.

Источник: www.syl.ru

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.

Источник: bezotxodov.ru

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отдает) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии.

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

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.

Меры предотвращения загрязнений:

1.Снижение вредных выбросов.

2.Контроль за выхлопными газами, модификация фильтров.

3.Сравнение эффективности и экологической безвредности различных видов топлива, перевод транспорта на газовое топливо.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы, картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода, углеводороды, окислы азота, бензапирен, альдегиды и сажу.В среднем при пробеге автомобилем в год 15 тыс.км им сжигается более 2 т топлива и потребляется около 30 т воздуха. При этом в атмосферу выбрасывается около 700 кг угарного газа (СО), 400 кг диоксида азота, 230 кг углеводородов и других загрязняющих веществ, общее количество которых составляет более чем 200 наименований. Ежегодно в атмосферный воздух с отработавшими газами мобильными источниками выбрасывается около 1 млн.т загрязняющих веществ.

Некоторые из этих веществ, например, тяжелые металлы и отдельные хлорорганические соединения, стойкие органические загрязнители накапливаются в природной среде и представляют серьезную угрозу, как для окружающей среды, так и здоровья людей. При сохранении существующих темпов роста парка автомобилей прогнозируется, что к 2015 году объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух возрастет до 10% и более.

Кардинально решить проблему загрязнения атмосферы транспортом мог бы электромобиль. Сегодня наиболее широкое применение электровозы нашли на железнодорожном транспорте.

2. С экологической точки зрения в качестве топлива для автомобилей лучше всего подходит водород, который, к тому же, является самым теплотворным

3. Предпринимаются попытки создания двигателей использующих в виде топлива воздух, спирт, биотопливо и др. Но, к сожалению, пока все эти двигатели можно скорее назвать экспериментальными образцами. Но наука не стоит на месте, будем надеяться, что процесс создания экологически чистого автомобиля не «за горами»
Причины загрязнения воздуха отработавшими газами
автомобилей.

Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85 % «летит на ветер». К тому же камеры сгорания автомобильного двигателя – это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже невинный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые окислы азота.
В отработавших газах двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержится свыше 170 вредных компонентов, из них около 160 – производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному сгоранию топлива в двигателе. Наличие в отработавших газах вредных веществ обусловлено в конечном итоге видом и условиями сгорания топлива.
Отработавшие газы, продукты износа механических частей и покрышек автомобиля, а также дорожного покрытия составляют около половины атмосферных выбросов антропогенного происхождения. Наиболее исследованными являются выбросы двигателя и картера автомобиля. В состав этих выбросов, помимо азота, кислорода, углекислого газа и воды, входят такие вредные компоненты, как окись. Двигаясь со скоростью 80-90 км/ч в среднем, автомобиль превращает в углекислоту столько же кислорода, сколько 300-350 человек. Но дело не только в углекислоте. Годовой выхлоп одного автомобиля – это 800 кг окиси углерода,40 кг окислов азота и более 200 кг различных углеводородов. В этом наборе весьма коварна окись углерода. Из-за высокой токсичности её допустимая концентрация в атмосферном воздухе не должна превышать 1 мг/м3. Известны случаи трагической гибели людей, запускавших двигатели автомобилей при закрытых воротах гаража. В одноместном гараже смертельная концентрация окиси углерода возникает уже через 2-3 минуты после включения стартера. В холодное время года, остановившись для ночлега на обочине дороги, неопытные водители иногда включают двигатель для обогрева машины. Из-за проникновения окиси углерода в кабину такой ночлег может оказаться последним.
Окислы азота токсичны для человека и, кроме того, обладают раздражающим действием. Особо опасной составляющей отработавших газов являются канцерогенные углеводороды, обнаруживаемые, прежде всего, на перекрёстках у светофоров (до 6,4 мкг/100 м3, что в 3 раза больше, чем в середине квартала).
При использовании этилированного бензина автомобильный двигатель выбрасывает соединения свинца. Свинец опасен тем, что способен накапливаться, как во внешней среде, так и в организме человека.
Уровень загазованности магистралей и при магистральных территорий зависит от интенсивности движения автомобилей, ширины и рельефа улицы, скорости ветра, доли грузового транспорта и автобусов в общем потоке и других факторов. При интенсивности движения 500 транспортных единиц в час концентрация окиси углерода на открытой территории на расстоянии 30-40 м от автомагистрали снижается в 3 раза и достигает нормы. Затруднено рассеивание выбросов автомобилей на тесных улицах. В итоге практически все жители города испытывают на себе вредное влияние загрязнённого воздуха.
Из соединений металлов, входящих в состав твёрдых выбросов автомобилей, наиболее изученными являются соединения свинца. Это обусловлено тем, что соединения свинца, поступая в организм человека и теплокровных животных с водой, воздухом и пищей, оказывают на него наиболее вредное действие. До 50 % дневного поступления свинца в организм приходится на воздух, в котором значительную долю составляют отработавшие газы автомобилей.
Поступления углеводородов в атмосферный воздух происходит не только при работе автомобилей, но и при разливе бензина. По данным американских исследователей в Лос-Анджелесе за сутки испаряется в воздух около 350 тонн бензина. И повинен в этом не столько автомобиль, сколько сам человек. Чуть-чуть пролили при заливке бензина в цистерну, забыли плотно закрыть крышку при перевозке, плеснули на землю при заправке на автозаправочной станции, и в воздух потянулись различные углеводороды.
Каждый автомобилист знает: вылить из шланга весь бензин в бак практически невозможно, какая-то часть его из ствола «пистолета» обязательно выплёскивается на землю. Немного. Но сколько сегодня у нас автомобилей? И с каждым годом их число будет расти, а, значит, будут увеличиваться и вредные испарения в атмосферу. Лишь 300 г. бензина, пролитого при заправке автомобиля, загрязняют 200 тысяч кубических метров воздуха. Самый простой путь решения проблемы – создать заправочные автоматы новой конструкции, не позволяющие пролиться на землю даже одной капле бензина.

Вывод

Можно без преувеличения говорить о том, что тепловые двигатели в настоящее время являются основными преобразователями топлива в другие виды энергии, и без них был бы невозможен прогресс в развитии современной цивилизации. Тем не менее, все виды тепловых двигателей являются источниками загрязнения окружающей среды. (Кострюков Денис)

Источник: www.sites.google.com

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник: ECOportal.info


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.