ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ МАШИН

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ МАШИН. ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. КПД ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Тепловой двигатель – устройство, преобразующее внутреннюю энергию сгоревшего топлива в механическую энергию. Виды тепловых двигателей: 1) двигатели внутреннего сгорания: а) дизельные, б) карбюраторные; 2) паровые двигатели; 3) турбины: а) газовые, б) паровые.

Все названые тепловые двигатели имеют разную конструкцию, но состоят из трех основных частей: нагревателя, рабочего тела и холодильника. Нагреватель обеспечивает поступление теплоты в двигатель. Рабочее тело превращает часть полученной теплоты в механическую работу. Холодильник забирает от рабочего тела часть теплоты.

T₁ – температура нагревателя;

T₂ –температура холодильника;

Q₁ – теплота, полученная

Q₂ – теплота, отданная

A’ – работа, выполненная

Работа любого теплового двигателя состоит из повторяющихся циклических процессов – циклов. Цикл – это такая последовательность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в начальное состояние.

Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины – это отношение совершенной двигателем работы к количеству теплоты, полученному от нагревателя: .

Французский инженер Сади Карно рассмотрел идеальную тепловую машину с идеальным газом в качестве рабочего тела. Он нашел оптимальный идеальный цикл теплового двигателя, состоящий из двух изотермических и двух адиабатических обратимых процессов – цикл Карно. КПД такой тепловой машины с нагревателем при температуре и холодильником при температуре : . Независимо от конструкции, выбора рабочего тела и типа процессов в тепловом двигателе его КПД не может быть больше КПД теплового двигателя, работающего по циклу Карно, и имеющего те же, что и у данного теплового двигателя, температуру нагревателя и холодильника.

КПД тепловых двигателей невысок, поэтому важнейшей технической задачей является его повышение. Тепловые двигатели имеют два существенных недостатка. Во-первых, в большинстве тепловых двигателей используется органическое топливо, добыча которого быстро истощает ресурсы планеты. Во-вторых, в результате сгорания топлива в окружающую среду выбрасывается огромное количество вредных веществ, что создает значительные экологические проблемы.

С изучением вопроса о максимальном КПД тепловых машин связано открытие в 1850 г. немецким физиком Р. Клазиусом второго начала термодинамики: невозможен такой процесс, при котором теплота самопроизвольно переходила бы от более холодных тел к более горячим телам.

Физические величины и их единицы измерения:

Наименование величина	Обозначение	Единица измерения	Формула
Относительная молекулярная масса	Mr (эм эр)	безразмерная величина
Масса одной молекулы (атома)	m	кг
Масса	m	кг
Молярная масса	M
Количество вещества	ν (ню)	моль (моль)	;
Число частиц	N (эн)	безразмерная величина
Давление	p (пэ)	Па (паскаль)
Концентрация	n (эн)
Объём	V (вэ)
Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы		Дж (джоуль)
Температура по шкале Цельсия	t	°C
Температура по шкале Кельвина	T	К (кельвин)
Средняя квадратичная скорость молекул
Поверхностное натяжение	σ (сигма)
Абсолютная влажность	ρ (ро)
Относительная влажность	φ (фи)	%
Внутренняя энергия	U (у)	Дж (джоуль)
Работа	А (а)	Дж (джоуль)
Количество теплоты	Q (ку)	Дж (джоуль)

Физические постоянные:

Атомная единица массы 1а.е.м.=1,6606∙10 -27 кг.

Масса молекулы углерода m_c = 1,995∙10 -26 кг.

Число Авогадро N_A=6,02∙10 23 моль -1

Постоянная Больцмана k=1,38∙10 -23 .

Универсальная газовая постоянная R=8,31

1. Развина Т. И. и др. Физика для школьника и абитуриента. – Минск: Сэр-Вит, 2009. – 296 с.

2. Жилко В. В. Физика: Учеб. пособие для 11-го кл. общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения – Мн.: Нар. асвета, 2002. – 282 с.: ил.

3. Жилко В. В. Физика: Учеб. пособие для 11-го кл. общеобразоват. учреждений с рус. яз. обучения с 12-летним сроком обучения – 2-ое изд., исправленное. – Минск.: Нар. асвета, 2008. – 359 с.: ил.

4. Буров Л. И., Стрельченя В. М. Физика от А до Я. – Мн.: Парадокс, 2000. — 560с.

ФИЗИКА. Учебное пособие для учащихся.

Часть 1. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА.

Составитель: Зинковский В. Н. — преподаватель физики УО «Жлобинский ГПТК»

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

Семинар Тепловые двигатели. Экологические проблемы использования тепловых двигателей и пути их решения. — презентация

Презентация была опубликована 8 лет назад пользователем37orenschool.ucoz.ru

Похожие презентации

Презентация на тему: » Семинар Тепловые двигатели. Экологические проблемы использования тепловых двигателей и пути их решения.» — Транскрипт:

2 Семинар Тепловые двигатели. Экологические проблемы использования тепловых двигателей и пути их решения

3 «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек устрашает природу» Ж.И.Кусто

6 План семинара Тепловые двигатели и их значение. Влияние тепловых двигателей на окружающую среду Пути решения экологических проблем: развитие альтернативной энергетики

7 Различные виды тепловых машин являются основами транспорта. Тепловы машины приводят в движение автомобили и тепловозы, речные и морские корабли, самолеты и космические ракеты

8 К тепловым двигателям относятся: Паровая машина Двигатель внутреннего сгорания Паровая и газовая турбина Реактивный двигатель

9 Двигатель Машина, преобразующая различные виды энергии в механическую работу. Различают первичные и вторичные двигатели. Двигатели подразделяют на стационарные, передвижные и транспортные.

10 Двигатель внутреннего сгорания (КПД 40%) Первый двигатель внутреннего сгорания был создан в 1860 году французским инженером Этьеном Ленуаром. В 1862 году французский изобретатель Бо де Роша предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл. В 1878 году немецкий изобретатель построил первый четырехтактный газовый двигатель.

11 В 1885 году Готлиб Даймлер и Карл Бенц сконструировали первый автомобиль с 4-тактным двигателем внутреннего сгорания, работавшим на бензине

12 Турбина Это первичный двигатель с вращательным движением рабочего органа – ротора с лопатками, преобразующего в механическую работу кинетическую энергию струй рабочего тела – пара, газа, воды. Турбины бывают стационарными и транспортными.

13 Паровая турбина (КПД до 40%) Первая паровая турбина, нашедшая практическое применение, была изготовлена шведским инженером Густавом Лавальелем в 1889 году.

15 Такие двигатели были изобретены в 1930 годах в Германии, Великобритании и России. Они позволили развивать скорость более 1000 км/ч. Сначало они устанавливались на военных а с 1949 года на пассажирских самолетах.

16 Влияние тепловых двигателей на окружающую среду

17 Отрицательное влияние тепловых машин 1.Использование кислорода из атмосферного воздуха. 2.Выделением в атмосферу при сжигании углекислого газа. 3.При сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями. 4.Более половины всех загрязнений атмосферы создает транспорт ежегодно выбрасывая в атмосферу 2-3 млн. тонн свинца!

18 Загрязнение окружающей среды

19 Немного цифр 1000 килограммов бензина, сгорая, выделяет килограммов вредных веществ. В атмосферу ежегодно выбрасывается 5 миллиардов тонн углекислого газа. В состав выхлопных газов входит 1200 компонентов вредных веществ.

20 ПУТИ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ: 1. Развитие альтернативной энергетики 2. Энергосбережение

22 НЕМНОГО ЦИФР Суммарное потребление топливной энергии в мире составляет — 36 млрд. тонн условного топлива в год. Известные запасы топливных ресурсов к 2100 году будут исчерпаны. На долю гидроэнергетики приходится всего 1,5 % общего производства энергии в мире. Затраты на захоронение отходов АЭС только в России превышают 400 млн. долларов.

23 Нетрадиционные источники энергии Тепло Земли (геотермальная энергия) Энергия Солнца Энергия ветра Энергия морских волн Тепло морей и океанов Морские приливы и отливы

26 Энергия приливов и отливов

28 Состояние АПЭ в России (АПЭ – альтернативные преобразователи энергии) В 1990 г на долю АПЭ приходилось 0,05 % общего энергобаланса, в 1995 г – 0,14 % в 2005 г – 0,5 %. Всего в России : 1 ГеоТЭС (Паужекская, 11мВт) 1 приливная ЭС (Кислогубская, 400 к Вт) 1500 ветроустановок (от 0,1 до 16 кВт) 50 микроГЭС (от 1,5 до 10 кВт) 300 малых ГЭС (2 млрд. кВт/ч) солнечные ЭС (в сумме приблизительно 100 кВт) Солнечные коллекторы площадью м. кв.

30 Основные принципы энергосбережения Стремясь к улучшению жизненных условий и снижению воздействия на окружающую среду, необходимо найти методы и технологии, которые позволят: 1. Эффективно использовать энергию 2. Выбирать источники энергии оптимального качества (не выше необходимого). 3. Грамотно организовать общество и нашу жизнь.

31 ЧТО ВЫ МОЖЕТЕ СДЕЛАТЬ САМИ ? Утеплить окна для устранения сквозняков. Найти и устранить холодные сквозняки из дверей, щелей и других мест. Покрыть наиболее холодные поверхности в комнате коврами и другими теплоизолирующими материалами. Предпочтительно осуществлять вентиляцию, открывая ненадолго все окна, чем незначительно приоткрывая их на длительный период.

32 ПРОСТЫЕ МЕРЫ: Выключайте свет, когда он не нужен. Используйте энергоэффективные флуоресцентные лампочки. Той энергии, которую вы прежде расходовали для одной лампочки, будет достаточно для пяти новых лампочек. Иногда лучше сменить абажур, чем устанавливать дополнительное освещение. Дайте доступ дневному свету, раздвиньте занавески …

33 ЧТО ЕЩЕ МОЖНО СДЕЛАТЬ Установить индивидуальные и автоматизированные регуляторы на радиаторах отопления в каждой комнате. Использовать механическую вентиляцию с возвратом тепла.

34 Советы по сохранению хорошего микроклимата в классе Проветривайте класс минуты. Это позволяет воздуху поменяться, не остывая. Это намного более эффективно, чем сидеть с открытым окном весь урок. Проветривайте класс после каждого урока. Отодвиньте парты от батарей отопления.. Одевайтесь соответственно погоде и температуре. Помните, что некоторые люди справляются с жарой или холодом лучше, чем другие. Поменяйтесь местами, так как некоторые учащиеся плохо переносят холод, а другие — жару.. Проверьте, все ли выходят из класса на переменах.

35 Эффективность внедрения энергосберегающих ламп. Эти лампы потребляют всего около 25вт энергии, тогда как светят как стоваттные лампы накаливания. Почему же большинство людей не покупают эти лампы. А. Энергосберегающие лампы стоят дороже. Их цена колеблется от 100 до 250 рублей. Б. Люди не понимают экономии в долгосрочной перспективе. В. Население плохо информировано о выгодах установки этих ламп. Г. Нет внятной политики государства по энергосбережению.

36 4. Экологические проблемы связанные с использованием тепловых двигателей

37 Подведение итогов 1.Сегодня я узнал ….. 2. Мне было интересно. Почему? 3. Мне было трудно. Почему?

38 Домашнее задание Нарисовать плакат формата А-4 или А-3 на экологическую тему.

Тепловые двигатели и их влияние на экологию

В презентации рассказывается о влиянии тепловых двигателей на окружающую среду

Просмотр содержимого документа
«Тепловые двигатели и их влияние на экологию»

Тепловые двигатели и их влияние на экологию

Цели и задачи

Цель: определить экологические проблемы, вызванные тепловыми двигателями

Узнать, что такое тепловой двигатель, принцип его работы и классификацию тепловых двигателей.

Определить влияние тепловых двигателей на окружающую среду.

Принцип работы тепловых двигателей

Внутренняя энергия Механическая работа

• Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую, называются тепловыми двигателями

Тепловой двигатель состоит

• Нагреватель

• Рабочее тело, способное расширяться и сжиматься (газ или пар)

• Холодильник (возможно окружающая среда)

Техническая задача

• Дать возможность рабочему телу попеременно приходить в соприкосновение с нагревателем и холодильником
• Рабочее тело может совершать работу, когда оно не находится в тепловом равновесии с окружающей средой

Классификация тепловых двигателей. Двигатели внешнего сгорания

2.Паровая и газовая турбина

Двигатели внешнего сгорания. История создания.

• В XIX веке инженеры хотели создать безопасную замену паровым двигателям того времени, котлы которых часто взрывались из-за высоких давлений пара и неподходящих материалов для их постройки. Хороший вариант появился с созданием двигателя Стирлинга, который мог преобразовывать в работу любую разницу температур. Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий. В ряде опытных образцов испытывались фреоны, двуокись азота, сжиженный пропан-бутан и вода. В последнем случае вода остаётся в жидком состоянии на всех участках термодинамического цикла. Особенностями «стирлинга» с жидким рабочим телом являются малые размеры, высокая удельная мощность и большие рабочие давления. Существует также «стирлинг» с двухфазным рабочим телом. Он тоже характеризуется высокой удельной мощностью, высоким рабочим давлением.

Двигатели внешнего сгорания. История создания.

• Двигатель внешнего сгорания — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.
• Патент на изобретение двигателя внешнего сгорания (Стирлинга) как ни странно принадлежит шотландскому священнику Роберту Стирлингу. Его он получил 27 сентября 1816 года. Первые «двигатели горячего воздуха» стали известны миру ещё в конце XVII века, задолго до Стирлинга. Одним из важных достижений Стирлинга является добавление очистителя, прозванный им же самим «экономом».

Паровые машины

Паровой котел Дени Папена1690 г.

1- цилиндр, 2 -поршень,3 -штифт, 4 –чека, 5 груз.

Беспоршневой водоподъемник Томаса Севери 1698 г.

1-резервуар,2-паровой котел,3-водосборник,4-резервуар,5-кран,6 и 7-клапаны,8-резервуар

Паровые машины

• Поршневой насос Томас Ньюкомен 1711 г.
• Пароатмосферная машина непрерывного действия И.И.Ползунов 1764г.
• 1-цилиндр,2-поршень,3-балансир,4-меха,5-котел,6-парораспределительный кран,7-водораспределительный кран,8-бак

Паровые машины

• Универсальная паровая машина Джемса Уатта 1765г
• 1-золотниковая коробка,2-цилиндр, 3-золотник,4-эксцентрик,5-окна, 6-поршень,7-шток,8-ползун,9-шатун, 10-кривошип,11-вал,12-маховик

Паровые турбины

• Шар Герона 2000 лет назад
• 1-котел,2-шар

• Турбина Бранка начало XVII века
• 1-паровой котел,2-сопло,3-лопости колеса

Классификация тепловых двигателей. Двигатели внутреннего сгорания.

1 Карбюраторные, дизельные

Двигатели внутреннего сгорания. История создания.

• В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ и получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля. Это открытие имело огромное значение, прежде всего для развития техники освещения. Очень скоро во Франции, а потом и в других странах Европы газовые лампы стали успешно конкурировать с дорогостоящими свечами. Однако светильный газ годился не только для освещения. Изобретатели взялись за конструирование двигателей, способных заменить паровую машину, при этом топливо сгорало бы не в топке, а непосредственно в цилиндре двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания. История создания.

• В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Создав соответствующие условия, можно использовать выделяющуюся энергию в интересах человека. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Газовоздушная смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания, однако в 1804 году он был убит, не успев воплотить в жизнь своё изобретение.

Двигатели внутреннего сгорания. История создания.

• В последующие годы несколько изобретателей из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. Однако все эти попытки не привели к появлению на рынке двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной. Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару. Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи.

Двигатели внутреннего сгорания. История создания.

• К 1864 году было выпущено уже более 300 таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто.

• В 1864 году тот получил патент на свою модель газового двигателя и в том же году заключил договор с богатым инженером Лангеном для эксплуатации этого изобретения. Вскоре была создана фирма «Отто и Компания».

Двигатели внутреннего сгорания. История создания.

• Первые двигатели внутреннего сгорания были одноцилиндровыми, и, для того чтобы увеличить мощность двигателя, обычно увеличивали объём цилиндра. Потом этого стали добиваться увеличением числа цилиндров.
• В конце XIX века появились двухцилиндровые двигатели, а с начала XX столетия стали распространяться четырёхцилиндровые.

Вид двигателя

Достоинства

Простота, хорошая тяговая характеристика

Мощность, кВт КПД, %

Низкий КПД, малая скорость, большой вес, загрязнение окружающей среды

Реферат по физике Тема: «Развитие теплоэнергетики. Экологические проблемы, связанные с использованием тепловых машин и двигателей»

Реферат по физике

«Развитие теплоэнергетики.

Экологические проблемы,

связанные с использованием

тепловых машин и двигателей».

III курса группа В

Наукой установлено, что главной силой, определяющей существование и развитие общества, является производство разнообразных материальных благ, без которых общество не может существовать и развиваться. Эти материальные блага – пища, одежда, обувь, жилище, топливо и необходимые для производства орудия – создаются в процессе труда. За многие тысячелетия жизни общества процесс труда претерпел значительные изменения. Простейший физический труд, не требовавший от своего исполнителя почти ничего, кроме напряжения мышц, заменен высококвалифицированным трудом, требующим от своего исполнителя серьезных познаний и уменья для управления сложными машинами и приборами.

Техника – понятие собирательное. Это вся совокупность средств труда, находящихся в распоряжении общества на данной ступени его развития. Человеку дается возможность сознательно использовать вещество и энергию природы в процессе производства материальных благ. Природа покоряется человеку путем познания ее законов, применения этих законов в процессе труда. Воплощением познания законов природы являются технические объекты.

Энергетическая техника –это область техники, направленная на получение энергии от природных источников, ее целесообразное преобразование, транспортировку и доведение до потребителя. Потребление энергии является обязательным условием существования человечества. Наличие доступной для потребления энергии всегда было необходимо для удовлетворения потребностей человека, увеличения продолжительности и улучшения условий его жизни.

История цивилизации — история изобретения все новых и новых методов преобразования энергии, освоения ее новых источников и в конечном итоге увеличения энергопотребления.

Первый скачок в росте энергопотребления произошел, когда человек научился добывать огонь и использовать его для приготовления пищи и обогрева своих жилищ. Источниками энергии в этот период служили дрова и мускульная сила человека. Следующий важный этап связан с изобретением колеса, созданием разнообразных орудий труда, развитием кузнечного производства. К XV в. средневековый человек, используя рабочий скот, энергию воды и ветра, дрова и небольшое количество угля, уже потреблял приблизительно в 10 раз больше, чем первобытный человек. Особенно заметное увеличение мирового потребления энергии произошло за последние 200 лет, прошедшие с начала индустриальной эпохи, — оно возросло в 30 раз и достигло в 2001 г. 14,3 Гт у.т/год (по данным чл.-корр. РАН Е. В. Аметистова). Человек индустриального общества потребляет в 100 раз больше энергии, чем первобытный человек, и живет в 4 раза дольше.

Активное развитие теплоэнергетики началось во второй половине XlX века, когда паровая машина закрепилась как универсальный двигатель крупной машинной индустрии, транспорта и – в известной степени – сельского хозяйства. Параллельное развитие двигателей внутреннего сгорания, начавшееся в середины XlX века, к концу его еще не привела к сколько-нибудь ощутимой доле этих двигателей в общем энергетическом балансе мира. Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях , локомотивах , на паровых судах, тягачах , паровых автомобилях и других транспортных средствах. Паровые машины способствовали широкому распространению коммерческого использования машин на предприятиях и явились энергетической основой промышленной революции XVIII века (сталелитейное производство, флот, железнодорожный транспорт). Поздние паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания , паровыми турбинами и электромоторами , КПД которых выше. Паровые турбины , формально являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов электроэнергии . Примерно 86 % электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин.

Таким образом, паровая машина сыграла громадную историческую роль в развитии производительных сил общества. Процесс развития паросиловой установки с поршневым паровым двигателем в течении всего XlX века носил преимущественно количественный характер, находивший свое отражение в росте установленной мощности.

В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Во всех промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережали темпы развития других отраслей. В то же время энергетика — один из источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду и человека. Она влияет на атмосферу (потребление кислорода, выбросы газов, влаги и твердых частиц), гидро­сферу (потребление воды, создание искусственных водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов), биосферу (выбросы токсичных веществ) и на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение ландшафта).

Несмотря на отмеченные факторы отрицательного воздействия энергетики на окружающую среду, рост потребления энергии не вызывал особой тревоги у широкой общественности, так как было ясно, каким образом с технической точки зрения можно уменьшить или вообще исключить это воздействие. Так продолжалось до середины 70-х годов прошлого века, когда в руках специалистов оказались многочисленные данные, свидетельствующие о сильном антропогенном давлении на климатическую систему, что таит угрозу глобальной катастрофы при неконтролируемом росте энергопотребления. С тех пор ни одна другая научная проблема не привлекает такого пристального внимания, как проблема настоящих, а в особенности предстоящих изменений климата.

Сегодня основными объектами теплоэнергетики являются тепловые электростанции на органическом топливе (ТЭС).

Энергия сжигаемого органического топлива преобразуется в электрическую и тепловую энергию (пар, горячая вода). Максимальная эффективность преобразования энергии для ТЭС составляет 70% по электричеству и свыше 80% по теплу.

Горючее вещество топлива состоит в основном из трех элементов – углерода, водорода и серы. При горении происходит быстрое соединение кислорода с этими горючими элементами, сопровождающееся выделением тепла. Для большинства видом топлива важны только углерод и водород, так как содержание серы слишком мало, чтобы внести заметный вклад в выделение тепла.

При сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива на ТЭС все его масса превращается в отходы, причем продукты сгорания в несколько раз превышают массу использованного топлива за счет включения азота и кислорода воздуха. Все топливосжигающие установки ежегодно выбрасывают в атмосферу Земли более 200 млн. тонн окиси углерода, 50 млн. тонн различных углеводородов, почти 150 млн. тонн двуокиси серы, свыше 50 млн. тонн окислов азота. В общем загрязнении атмосферы отходами производства теплоэнергетические выбросы вредных веществ составляют:

• — по пыли 20-35%

• — диоксиду серы до 50%

• — по окислам азота – 30-35%.

Анализируя прочитанные источники информации, я вижу, что современные борцы за экологию выделяют такие воздействия ТЭС на окружающую среду:

— выбросы в атмосферу пыли, оксидов серы и азота

— загрязнение окружающей территории золоотвалами

— сброс сточных вод, содержащих повышенные концентрации солей и тяжелых металлов.

Обращает на себя внимание, что затраты на проведение первичных мероприятий по снижению выбросов вредных веществ оказываются в 10-50 раз меньше, чем стоимость последующей очистки дымовых газов. Кардинальным путем снижение воздействия теплоэнергетики на атмосферу является переход к новым способам сжигания топлива. Стремительно развитие в Германии, США, Финляндии получают теплоэнергетические установки на основе внутрицикловой газификации угля и сжигания топлива в кипящем слое. Ученые XX века эти типы теплоэнергетических установок считали преобладающими при создании новых ТЭС.

«Энергетический кризис, понимаемый как нехватка энергии для развития промышленного производства, считается сегодня одной из самых острых проблем цивилизации.

Но как согласовать энергетический кризис с законом сохранения энергии: ведь если энергия сохраняется, как ее может не хватать?

Дело в том, что энергетический кризис состоит не просто в нехватке энергии, а в нехватке энергии, пригодной для преобразования в энергетическую энергию.

Например, мы видели, что при работе тепловых двигателей происходит преобразование химической энергии топлива в механическую энергию. Это преобразование энергии является необратимым, а запасы топлива на нашей планете неуклонно уменьшаются: например, разведанных запасов нефти при нынешнем темпе ее использования хватит всего на несколько десятилетий. И этот темп продолжает расти!

Таким образом, энергетический кризис является следствием необратимости процессов, происходящих в природе и технике.

Вторая, не менее серьезная проблема, стоящая перед человечеством, — это «экологический кризис». Огромные масштабы преобразования энергии уде начали оказывать «планетарное» воздействие на климат Земли и состав атмосферы.

Для работы тепловых двигателей необходим холодильник, в контакте с которым рабочее тело отдает ему некоторое количество теплоты. Во всех тепловых двигателях в качестве такого холодильника используются окружающая среда (атмосферный воздух и вода открытых водоемов). В результате происходит повышение температуры окружающей среды, называемое «тепловых загрязнением».

Тепловое загрязнение усугубляется тем, что при сгорании огромного количества топлива повышается концентрация углекислого газа в атмосфере, а при большой концентрации углекислого газа атмосфера не «выпускает» в космическое пространство тепловое излучение нагретой Солнцем поверхности Земли.

В результате возникает «парниковый эффект», то есть температура повышается еще больше. Ежегодно температура атмосферы Земли повышается на 0,05°С.

Поэтому вследствие работы большего и все возрастающего количества тепловых двигателей – в основном на электростанциях и в автомобилях – средняя температура на нашей Земле в течение последних десятилетий неуклонно повышается. Это грозит глобальным потеплением с весьма нежелательными последствиями, к числу которых относятся таяние ледников и подъем уровня Мирового океана. За последние полвека температура на юго-западе Антарктики, на Антарктическом полуострове , возросла на 2,5 °C. В 2002 году от шельфового ледника Ларсена площадью 3250 км² и толщиной свыше 200 метров, расположенного на Антарктическом полуострове, откололся айсберг площадью свыше 2500 км². Весь процесс разрушения занял всего 35 дней. До этого ледник оставался стабильным в течение 10 тысяч лет, с конца последнего ледникового периода. Таяние шельфового ледника привело к выбросу большого количества айсбергов (свыше тысячи) в море Уэдделла .

В декабре 1997 года на встрече в Киото ( Япония ), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем ста шестидесяти стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы CO₂. Киотский протокол обязывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 2008 — 2012 годам выбросы CO₂ на 5 % от уровня 1990 года :

• Европейский союз должен сократить выбросы CO₂ и других тепличных газов на 8 %.
• США — на 7 %.
• Япония — на 6 %.

К концу XXI века возможно увеличение поверхностной температуры в отдельных местах земного шара на 6 °C!

Кроме того, при сжигании топлива в тепловых двигателям расходуется необходимый для жизни атмосферный кислород, а также образуются вредные вещества, загрязняющие атмосферу.

В последнюю декаду минувшего столетия сохранилась тенденция к снижению темпов роста мирового энергопотребления, которые составили в среднем за десятилетие 1,3 % в год и были самыми низкими за последние 70 лет, что подтверждает тезис о стабилизации удельного энергопотребления в экономически развитых странах и мире в целом.

Наиболее пессимистические прогнозы мирового развития, предполагавшие продолжение демографического взрыва, безудержный рост мирового энергопотребления, неконтролируемую эмиссию парниковых газов и соответственно значительное глобальное потепление, в прошедшем столетии не оправдались. Более того, мы являемся свидетелями явных признаков сокращения масштабов антропогенного вторжения в окружающую среду.

1. Воздействие ТЭС на окружающую среду и способы снижения наносимого ущерба. А.С. Носков, М.А. Савинкина, Л.Я. Анищенко, 1990

1. Основы современной энергетики. Под ред. Е.В. Аметистова, 2004

1. История энергетической техники. Л.Д. Белькинд, О.Н. Веселовский, 1960

1. Физика. 10 кл. Учебник_Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б, Сотский Н.Н, 2008