Что такое тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Тепловые машины и охрана окружающей среды

• посмотреть текст работы

• скачать работу можно здесь

• полная информация о работе

• весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сообщение по физике

Тепловые машины и охрана окружающей среды

Коротко говоря, тепловые машины преобразуют теплоту в работу или, наоборот, работу в теплоту.

Тепловые машины бывают двух видов — в зависимости от направления протекающих в них процессов.

1. Тепловые двигатели преобразуют теплоту, поступающую от внешнего источника, в механическую работу.

2. Холодильные машины передают тепло от менее нагретого тела к более нагретому за счёт механической работы внешнего источника.

Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. В 17 в. был изобретён тепловой двигатель, который в последующие годы был усовершенствован, но идея осталась той же. Во всех двигателях энергия топлива переходит сначала в энергию газа или пара, а газ (пар) расширяясь, совершает работу и охлаждается, а часть его внутренней энергии при этом превращается в механическую энергию. К сожалению, коэффициент полезного действия не высок.

К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

Двигатель внутреннего сгорания.

В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре такта. Поэтому такой двигатель и называется четырёхтактным. Цикл двигателя состоит из следующих четырёх тактов: 1. впуск, 2. сжатие, 3. рабочий ход, 4. выпуск.

Для усиления мощности и лучшей системы обеспеченности равномерности вращения вала, используют 4,8 и более цилиндровых двигателей. Особенно мощные двигатели на теплоходах, тепловозах и др.

В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового двигателя. В нём 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.

Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.

Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферного воздуха, поэтому содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается. Если в России пока количество кислорода, производимого лесами, превышает количество кислорода, потребляемого промышленностью, то, например, в США леса восстанавливают лишь 60 % используемого промышленностью кислорода.

Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. За последние 30 лет содержание углекислого газа в атмосфере Земли увеличилось на 7 %.

Молекулы оксида углерода способны поглощать инфракрасное излучение. Поэтому увеличение содержания углекислого газа в атмосфере изменяет ее прозрачность. Инфракрасное излучение, испускаемое земной поверхностью, все в большей мере поглощается в атмосфере. Дальнейшее существенное увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере может привести к повышению температуры.

В-третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. Особенно существенно это загрязнение в крупных городах и промышленных центрах.

Более половины всех загрязнений атмосферы создает транспорт. Кроме оксида углерода и соединений азота, автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу 2-3 млн. тонн свинца. Соединения свинца добавляют в автомобильный бензин для предотвращения детонации топлива в двигателе, т.е. слишком быстрого сгорания топлива.

Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды — переход от использования карбюраторных бензиновых двигателей к использованию дизельных двигателей, в топливо которых не добавляют соединения свинца.

Возможность глобальной экологической катастрофы, связанной с применением тепловых машин, не исключается учеными разных стран.

экологический катастрофа тепловой машина

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Изучение принципа действия двигателя внутреннего сгорания. Характеристика процессов, происходящих в тепловом двигателе. Определение количества выхлопных газов и вредных выбросов в атмосферу. Исследование влияния на растительный, животный мир и человека.

презентация [2,2 M], добавлен 20.05.2011

Общая характеристика теплоэнергетики и её выбросов. Воздействие предприятий на атмосферу при использовании твердого, жидкого топлива. Экологические технологии сжигания топлива. Влияние на атмосферу использования природного газа. Охрана окружающей среды.

контрольная работа [28,2 K], добавлен 06.11.2008

Влияние транспорта на окружающую среду. Устройство поршневых двигателей внутреннего сгорания, принцип их работы. Причины загрязнения воздуха отработавшими газами автомобилей. Альтернативные виды топлива. Защита окружающей среды, меры предосторожности.

реферат [27,1 K], добавлен 11.12.2012

Экология, урбанизация, градостроительная экология. Методология и теория городской экологической среды. Рациональное использование и охрана природных ресурсов. Обеспечение экологической и радиационной безопасности. Оценка состояния окружающей среды.

контрольная работа [558,6 K], добавлен 11.05.2014

Проблемы сохранения окружающей среды, включающие технологию рационального природопользования. Реализация принципов экологической безопасности, приоритеты городского развития в данной сфере. Охрана водных ресурсов, атмосферного воздуха, зеленых насаждений.

контрольная работа [41,6 K], добавлен 23.07.2012

Международные отношения и эволюция окружающей среды. Охрана окружающей среды — международная задача. Международное экологическое право. Охрана различных видов окружающей среды. Охрана фауны и флоры. Охрана природы — практика западных стран.

статья [77,6 K], добавлен 09.11.2006

Нарушение окружающей природной среды в результате деятельности человека. Изменение климата, загрязнение атмосферы и гидросферы, деградация земельных ресурсов, парниковый эффект. Пути предотвращения глобальной климатической и экологической катастрофы.

реферат [356,6 K], добавлен 08.12.2009

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.

Охладителем может выступать атмосфера или жидкость.

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

Экологическая проблема использования тепловых машин

Используемые человеком машины, теплодвигатели, производство автомобилей, применение газотурбинных двигательных установок, авиация и ракетоносители, загрязнение водной среды судами – все это катастрофически разрушающе действует на окружающую среду.

Во-первых, при сжигании угля и нефти в атмосферу выделяются азотные и серные соединения, губительные для человека. Во-вторых, в процессах используется атмосферный кислород, содержание которого в воздухе из-за этого падает.

Выбросы вредных веществ в атмосферу – не единственный фактор влияния тепловых двигателей на природу. Производство механической и электрической энергии не может осуществляться без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты, что не может не приводить к увеличению средней температуры на планете.

Тепловое загрязнение отягощается тем, что сжигаемые вещества увеличивают концентрацию углекислого газа в атмосфере. Это, в свою очередь, ведет к возникновению «парникового эффекта». Всемирное потепление становится реальной опасностью.

Экологическая проблема использования тепловых машин заключается и в том, что сгорание топлива не может быть полным, и это ведет к выбросу в воздух, которым мы дышим, золы и хлопьев сажи. По статистике, во всем мире энергоустановки ежегодно сбрасывают в воздух более 200 млн. тонн золы и более 60 млн. тонн оксида серы.

Проблемы экологии, связанные с использованием тепловых машин, пытаются решать все цивилизованные страны. Вводятся новейшие энергосберегающие технологии по усовершенствованию тепловых двигателей. В результате энергопотребление на производство одной и той же продукции значительно снижается, уменьшая вредное действие на экологию.

Тепловые электростанции, двигатели внутреннего сгорания автомобилей и других машин в большом количестве сбрасывают в атмосферу, а затем в почву вредные для всего живого отходы, к примеру, хлор, сернистые соединения (при сгорании каменного угля), угарный газ СО, оксиды азота и др. Автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу около трех тонн свинца.

На атомных электростанциях иная экологическая проблема использования тепловых машин — безопасность и захоронение радиоактивных отходов.

Из-за невероятно большого потребления энергии некоторые регионы утратили способность самоочищения собственного воздушного пространства. Эксплуатация атомных электростанций помогла значительно снизить вредные выбросы, однако для работы паровых турбин требуется огромное количество воды и большое пространство под пруды для охлаждения отработанного пара.

Алгоритм действия

Тепловыми машинами называют механизмы, где наблюдается превращение внутренней энергии топлива в механический вид.

Для совершения двигателем полезной работы, должна быть создана разность давлений с обеих сторон поршня либо лопастей мощной турбины. Для достижения такой разности давлений происходит повышение температуры рабочего тела на тысячи градусов в сравнении с ее средним показателем в окружающей среде. Происходит подобное повышение температуры в процессе сгорания топлива.

Компьютерная, а также офисная техника

При рассмотрении вопроса о степени вредного воздействия ПК также задействованы такие дисциплины, как экология и физика. Причем персональные компьютеры негативно влияют на наше здоровье в большей степени, чем любые другие гаджеты. Согласно проведенным исследованиям, уже спустя 45 минут работы на ПК пользователь, не имеющий средств защиты, получает значительные перегрузки всех регуляторных систем своего организма.

Опасность для человека представляет и такое офисное оборудование, как телефон-факс и копировальная техника. Существуют даже определенные группы людей, имеющих психологические и физиологические особенности, которым вообще не рекомендуется работать за компьютером. Одна из таких категорий – дети.

Причем ПК представляют опасность не только для тех, кто непосредственно сидит за экраном монитора. Электромагнитное излучение, идущее от ПК, особенно от его блока питания, распределяется в радиусе до 2,5 м. Именно поэтому воздействие офисного оборудования в настоящее время становится весомым фактором при рассмотрении электромагнитной безопасности людей.

Негативное влияние на экологию

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.

Принципиальное устройство теплового двигателя

В природе мы часто можем наблюдать процессы перехода механической энергии в тепловую энергию, например, трение тел друг о друга в процессе их относительного движения вызывает их нагрев.
Используя тепловой двигатель можно провести обратный процесс: преобразовать теплоту в механическую работу. В тепловом двигателе нагреваемый пар расширяясь, давит на поршень и производит работу.

Любой тепловой двигатель имеет три части:

• нагреватель;
• холодильник;
• рабочее тело, это пар или газ, находящийся в емкости с поршнем, который может расширяться и сжиматься.

При конструировании теплового двигателя задача заключается в том, чтобы создать такие условия, при которых газ будет попеременно соприкасаться с нагревателем и холодильником.

• Контактируя с нагревателем, рабочее тело нагревается, расширяется и совершает работу.
• Соприкасаясь с холодильником газ сжимается, поршень уходит в первоначальное положения, работа совершается над рабочим телом.
• Цикл может начинаться сначала.

Готовые работы на аналогичную тему

• Курсовая работа Тепловые двигатели и охрана окружающей среды 420 руб.
• Реферат Тепловые двигатели и охрана окружающей среды 270 руб.
• Контрольная работа Тепловые двигатели и охрана окружающей среды 210 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость
В описанном цикле механическая работа получается в результате теплоотдачи нагревателя.

Нагреватель получает теплоту за счет сжигания топлива разного вида:

• каменного угля;
• бензина;
• природного газа.

Сжигание топлива можно производить вне цилиндра, в котором происходит расширение рабочего тела (газа), такой двигатель называют двигателем внешнего сгорания. Примером двигателей внешнего сгорания могут быть:

• паровая машина;
• турбина.

Двигатели, у которых сжигание топлива происходит внутри камеры сгорания, называют двигателями внутреннего сгорания. Примерами двигателей внутреннего сгорания могут быть:

• бензиновый двигатель;
• дизель;
• реактивный двигатель.

Тепловой двигатель не может работать без потерь, то есть он не может переводить в механическую работу все тепло, которое подводится ему извне.

Эффективность работы теплового двигателя определяют при помощи коэффициента полезного действия:

где $A$ — работа в одном цикле; $Q_1$ — количество теплоты, получаемое рабочим телом от нагревателя; $Q_2$ — количество теплоты, отданное системой холодильнику.

Требуется консультация по учебной работе? Задай вопрос преподавателю и получи ответ через 15 минут! Задать вопрос

Выражение (1) показывает, что тепловой двигатель будет тем эффективнее, чем меньше количество теплоты уходит из системы (не используется).

Теплопередача должна проходить в системе так, чтобы:

• вся теплота, полученная от нагревателя, по возможности шла на выполнение работы;
• рабочее тело могло выполнять работу, то есть газ, увеличивая свой объем мог двигать поршень.