Тепловые машины. Экологические проблемы.

Дистанционное обучение по физике (298 гр)

Приложение 1

05.05.20. Тема урока: Тепловые машины и их применение.

Задание: Записать конспект

Тепловой двигатель – устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.

КПД (коэффициент полезного действия) – это отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Двигатель внутреннего сгорания – двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя.

Реактивный двигатель – двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Цикл Карно – это идеальный круговой процесс, состоящий из двух адиабатных и двух изотермических процессов.

Нагреватель – устройство, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой идет на совершение работы.

Холодильник – тело, поглощающее часть энергии рабочего тела (окружающая среда или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара, т.е. конденсаторы).

Рабочее тело - тело, которое расширяясь, совершает работу (им является газ или пар)

06.05.20. Тема урока: Экологические проблемы, связанные с применением тепловых машин, и проблемы энергосбережения.

В своей жизни мы постоянно встречаемся с разнообразными двигателями. Они приводят в движение автомобили и самолеты , трактора, корабли и железнодорожные локомотивы. Электрический ток вырабатывается преимущественно с помощью тепловых машин. Именно появление и развитие тепловых машин создало возможность для быстрого развития промышленности в 18-19 вв.

Работа тепловых машин связана с использованием ископаемого топлива. Современное мировое сообщество использует энергетические ресурсы в громадных масштабах. Например, за 1979 г. энергопотребление составило примерно 3*10.17 кДж.

Все тепловые потери в различных тепловых двигателях приводят к повышению внутренней энергии окружающих тел и в конечном счете атмосферы. Казалось бы, что выработка 3*10.17 кДж энергии в год, отнесенная к площади освоенной человеком суши(8,5 млрд га) даст ничтожную величину 0,11 Вт/м2 по сравнению с поступлением лучистой энергии Солнца на земную поверхность: 1,36 кВт/м2.

Однако при повышении ежегодного использования первичных энергоресурсов всего в 100 раз средняя температура на Земле повысится примерно на 1 градус. Дальнейшее повышение температуры может привести к интенсивному таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, к изменению природных комплексов, что существенно изменит условия жизни человека на планете. Но темпы роста энергопотребления увеличиваются, и сейчас создалось такое положение , что до увеличения температуры атмосферы потребуется всего несколько десятков лет.

Однако человечество не может отказаться от использования машин в своей деятельности. Чтобы произвести одну и ту же необходимую работу , следует повысить КПД двигателя, что позволит расходовать меньше топлива, т.е. позволит не увеличивать энергопотребление. Бороться с негативными последствиями применения тепловых машин можно только путем увеличения эффективности использования энергии, путем ее экономии.

Топки тепловых электростанций, двигатели внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и других машин выбрасывают в атмосферу вредные для человека, животных и растений вещества, например, сернистые соединения (при сгорании каменного угля), оксиды азота, углеводороды, оксид углерода(угарный газ СО), хлор и т.д. Эти вещества попадают в атмосферу (в атмосфере Северной Америки и Западной Европы сформировались два гигантских зонта загрязнения. В большей степени этому способствовали высокие трубы котелен (300 м и выше), которые рассеивают загрязняющие вещества над очень большими территориями. Оксиды серы и азота, образующиеся при сгорании топлива , соединяются с атмосферной влагой, образуя серную и азотную кислоты. Это стало причиной устойчивого выпадения кислотных осадков на ландшафты востока Северной Америки и почти всей Европы.

Огромный ущерб от кислотных осадков проявился в первую очередь в Канаде и Скандинавии, затем в Средней Европе в форме уничтожения хвойных лесов, уменьшения численности или вымирания ценных популяций рыб, снижения урожайности зерновых культур и сахарной свеклы. Загрязнение воздуха и водоемов, гибель хвойных лесов и некоторые другие факты отмечены в ряде регионов не только европейской, но и азиатской части России, а из нее- различные части ландшафта.

Особую опасность в увеличении вредных выбросов в атмосферу представляют двигатели внутреннего сгорания, ( Число машин угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена. Проводится регулировка двигателей для более полного сгорания топлива и уменьшения содержания угарного газа Сов выбрасываемых продуктах сгорания. Разрабатываются двигатели, не выбрасывающие вредные вещества с отработанными газами, например, работающие на смеси водорода и кислорода.) установленные на автомобилях ,самолетах и ракетах.

Применение паровых трубин на электростанциях требует много воды и больших площадей, занимаемых под пруды для охлаждения отработанного пара. ( Например, в 1980 г. в нашей стране для этих целей потребовалось около 200 км*3 воды, что составило 35% промышленного водоснабжения. С увеличением мощности электростанций потребность в воде и новых площадях резко возрастает. Для экономии площади и водных ресурсов целесообразно сооружать комплексы электростанций, но обязательно с замкнутым циклом водоснабжения.)

Из-за большого электропотребления в ряде регионов планеты возможность самоочищения их воздушных бассейнов оказалась уже исчерпанной. Необходимость значительно снизить выброс загрязняющих веществ привела к использованию новых видов топлива, в частности к строительству атомных электростанций ( АЭС).

Но на атомных электростанциях встают другие проблемы: захоронение опасных радиоактивных отходов, а также проблема безопасности. Это показала катастрофа на Чернобыльской АЭС. При решении экологических проблем, связанных с использованием тепловых машин, важнейшую роль должны играть постоянная экономия всез видов энергии, переход на энергосберегающие технологии.

Приложение 2

06.05.20. Тема урока: Контрольная работа №5 “Термодинамика”

Задание: Выбрать правильный ответ

I вариант.

1. Тепловой двигатель за один цикл получает от нагревателя 100 кДж теплоты и отдает холодильнику 60 кДж. Чему равен КПД этого двигателя (%):
а) 25
б) 40
в) 60

2. Каким должно быть отношение масс m1/m2 горячей и холодной воды для того, чтобы за счет охлаждения от 50°С до 30°С воды массы m1, вода массой m2 нагрелась от 20° до 30°С:
а) 1/2

б) 2
в) 4

3. Тепловой двигатель с КПД 50% за один цикл отдает холодильнику 56 кДж теплоты. Какая работа им (кДж) совершается за один цикл:
а) 40
б) 27
в) 56

4. Укажите единицу измерения величины, измеряемой произведением pΔV:
а) джоуль
б) паскаль
в) ватт

5. Какому количеству теплоты (МДж) эквивалентна работа, совершаемая за 1 ч двигателем мощностью 2 кВт:
а) 0,2
б) 3,6
в) 7,2

6. Найдите работу, совершаемую двумя молями идеального газа при его изобарном нагревании на 100°С (Дж). R=8,3Дж/моль•К:
а) 166
б) 1660
в) 830

7. При изохорном нагревании на 50 K идеальный газ получил 2 кДж теплоты. Какую работу совершил идеальный газ (Дж):
а) 7
б) 5
в) 0

8. Какой должна быть температура холодильника тепловой машины (°С), чтобы максимальное значение КПД равнялось 50%? Температура нагревателя 327°С:
а) 260
б) 27
в) 327

9. Температура нагревателя реальной тепловой машины 227°С, холодильника +27°С. За один цикл газ получает от нагревателя 64 кДж теплоты, а отдает холодильнику 48 кДж. Определите КПД машины (%):
а) 40
б) 15
в) 25

10. Какой процесс называется изотермическим? Процесс, происходящий:
а) при постоянной теплоемкости
б) при постоянной температуре
в) при постоянном давлении