§ 22. Екологія і теплова енергетика.

Люби природу, не

Тут ти дізнаєшся, яку шкоду природі і людині завдають теплові пристрої і як зменшувати її рівень.

Широке застосування теплових двигунів і різних теплових установок у сучасному житті і виробництві ставить проблему оцінки їх впливу на навколишнє середовище.

Адже у великих містах, де працює велика кількість теплових двигунів як рушіїв автомобільного транспорту, генераторів теплових електростанцій, різних обслуговуючих машин - снігоприбиральних, прибиральних, опоряджувальних тощо, виникають проблеми, пов'язані з дією теплових двигунів на природу. У першу чергу - це забруднення атмосфери тепловими відходами. Уважний спостерігач відмітить, що у місті пізніше випадає і раніше сходить сніг. Цей процес властивий і віддаленим від великих міст іншим куточкам планети. Зокрема, прискорилося танення криги в полярних морях, льодовиків у горах.

Це пояснюється тим, що всі сучасні теплові двигуни працюють за відкритим циклом, коли продукти згорання палива викидаються в атмосферу. Щоб переконатися в цьому, достатньо підставити долоню до вихлопної труби працюючого автомобіля і відчути високу температуру вихлопних газів. У попередніх параграфах ти дізнався, що для виконання роботи тепловим двигуном необхідно частину теплової енергії відводити за межі двигуна, в атмосферу-холодильник. Якщо споконвіку Землю обігрівало випромінювання Сонця, то з повсюдним поширенням теплових двигунів її стало підігрівати і «відпрацьоване* тепло двигунів.

Учені дослідили, що лише за період, який пройшов від 1961 року, середня температура повітря на Землі збільши-

лася на 1 . Причиною цього явища, яке назвали глобальним потеплінням, е в першу чергу особливості роботи теплових двигунів. Оскільки відмовитися від теплових двигунів людство вже не може, одним з шляхів зменшення шкідливої дії теплових двигунів на довкілля є підвищення коефіцієнта корисної дії цих двигунів, коли викиди теплоти в атмосферу зменшуються.

У теплових двигунів є також інші недоліки, пов’язані з тим, що в переважній більшості випадків вони працюють на органічному паливі. У процесі горіння палива в теплових двигунах утворюються різноманітні хімічні сполуки і часточки твердих речовин. Усім знайомі хмари чорного диму, які виходять з вихлопної труби несправного трактора чи автомобіля. Це свідчить про неповне згоряння палива в двигуні. Саме при такому згорянні палива і утворюються шкідливі речовини. Хоча навіть у найдосконаліших двигунів не можна побороти вказаний недолік, коли в атмосферу викидається велика кількість твердих часточок різних речовин і хімічних сполук. Перелік одних лише хімічних сполук, які викидають теплові двигуни, показує, що теплові двигуни створюють для життя людини досить велику безпосередню небезпеку. Адже людині доводиться дихати повітрям, у якому є вуглекислий газ, окисли азоту, сполуки свинцю тощо. Ці речовини також впливають на тепловий стан атмосфери. Особливо відчутним є дія вуглекислого газу. Його надмірна присутність в атмосфері спричинює так званий парниковий ефект, коли випромінювання тепла з атмосфери в космос суттєво зменшується. Тому середня температура повітря поступово збільшується, що в свою чергу призводить до вимирання рідкісних тварин, зменшення родючості грунтів, появу масштабних повеней і посух.

Вони потрапляють у повітря і збруднюють його. Крім кіптю це — чадний газ (CO), вуглекислий газ (двоокис Карбону СО.₍), окиси і закиси Нітрогену (NO і NO.,), окис Сульфуру (SO₂) тощо. Реагучи з водою чи попадаючи в дихальні шляхи і на шкіру людини вони викликають різноманітні захворювання — астму, алергію, онкологічні хвороби.

Отже, щоб не порушувати рівноваги в природі. Потрібно вдосконалювати конструкції теплових двигунів, вести пошук таких видів палива, при згорянні яких утворюється мінімальна кількість шкідливих речовин. Адже просте зменшення кількості теплових двигунів негативно вплине на виробничу діяльність людства.

Для переборення шкідливого хімічного впливу теплових двигунів учені працюють над удосконаленням конструкції двигунів та запровадження менш токсичних видів палива, серед яких природній газ і водень. Водень вважається найбільш перспективним видом палива. Не тільки тому, що в природі (на відміну від органічного палива) запаси водню практично безмежні, але він при згоранні в атмосфері кисню не дає шкідливих сполук, утворюючи воду.

Обмеженість запасів органічного палива на Землі і токсичність продуктів його згоряння спонукає вчених шукати альтернативні відновлювані джерела енергії. Це — сонячне випромінювання, рухома вода, морські припливи, геотермальні води, вітер. Використання альтернативних джерел енергії за правильного їх використання має суттєво зменшити шкідливий вплив енергетики на навколишнє середовище.

Прочитай і з’ясуй, що ти знаєш.

1.    Чому теплові двигуни здійснюють теплове забруднення довкілля?

2.    Які причини пошуку альтернативних джерел енергії?

3.    Які можливі альтернативні джерела енергії?

4.    Як зменшити хімічне забруднення атмосфери тепловими двигунами?

5.    Як зменшити теплове забруднення довкілля?

Головне в І розділі.

1.    Усі теплові явища пов’язані з внутрішньою структурою речовини.

2.    Тепловим рухом називають хаотичний рух молекул, атомів, йонів, електронів, які входять до складу речовини.

3.    Усі речовини складаються з частинок (молекул, атомів, йонів), які перебувають у неперервному хаотичному русі і взаємодіють між собою. Основними явищами, на основі яких вчені зробили висновки про молекулярну структуру речовини, є броу-нівський рух і дифузія.

4.    Кінетична енергія руху і потенціальна енергія взаємодії частинок речовини складають внутрішню енергію.

5.    Температура є одним з параметрів стану тіла і показує рівень нагрітості тіла. Зміна температури показує зміну кінетичної енергії частинок тіла.

6.    Речовина може перебувати у чотирьох агрегатних станах: рідкому, твердому, газовому і плазмовому. Зміна агрегатних станів речовини пов’язана зі зміною потенціальної енергії взаємодії частинок речовини чи атомів.

7.    Зміна внутрішньої енергії може відбуватися двома шляхами: виконання роботи і теплообмін.

8.    Передача теплової енергії можлива лише від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою температурою.

9.    Теплопровідність — це явище обміну тепловою енергією між окремими частинами тіла.

10.    Конвекція — це теплообмін, який відбувається шляхом переміщення шарів рідини чи газу.

11.    Випромінювання — це теплообмін, який відбувається шляхом передачі енергії електромагнітним випромінюванням .

12.    Кількість теплоти — це фізична величина, яка характеризує тепловий стан тіла і дорівнює зміні внутрішньої енергії, яка відбувається без виконання роботи.

13.    Для розрахунку процесів теплопередачі застосовують калориметричні рівняння і рівняння теплового балансу. Рівняння теплового балансу є окремим вираженням закону збереження енергії в теплових процесах Q_l+Q₂+...=Q₃+Q₄+... .

14.    Основним джерелом теплової енергії для виробничої діяльності людини є органічне паливо. Кожне паливо характеризується питомою теплотою згоряння, яка дорівнює кількості теплоти, що виділяється при згорянні одного кілограма палива Q = qm.

15.    Теплові властивості речовини характеризуються питомою теплоємністю, яка показує, яка кількість теплоти потрібна, щоб

одному кілограму речовини змінити температуру на один градус

16.    Процес переходу речовини з твердого стану в рідкий (плавлення) відбувається внаслідок зміни потенціальної енергії взаємодії молекул. Це відбувається за рахунок надходження ззовні теплової енергії. Температура плавлення залишаєить сталою весь час, доки речовина плавиться. Кількість теплоти, потрібна для плавлення твердого тіла, пропорціональна масі цього тіла і залежить від роду печовини, що виражається фізичною величиною — питомою теплотою плавлення Q = ληι.

17.    Процес кристалізації цілком зворотній до плавлення: тверднучи, речовина віддає теплоту, процес відбувається при сталій температурі (плавлення), кількість теплоти, яку повинне віддати тіло, залежить від роду речовини і пропорціональна масі.

18.    Перехід речовини в газовий стан відбувається внаслідок надходження ззовні теплової енергії, за рухунок якої виконується робота виходу молекул з рідини. При пароутворенні в процесі кипіння температура рідини залишається сталою. Розраховуючи кількість теплоти, необхідної для випаровування за температури кипіння, необхідно знати масу тіла і речовину для знаходження за таблицями питомої теплоти пароутворення. Процес конденсації пари повністю зворотній до процесу випаровування, розрахунок проводиться з використанням тих же, що і при пароутворенні, формул Q - rm.

19.    Зміну внутрішньої енергії використовують у теплових машинах. Кожна теплова машина повинна мати нагрівник, робоче тіло і холодильник. Теплову енергію переносить робоче тіло від нагрівника (температура вища) до холодильника (температура нижча). За рахунок зміни внутрішньої енергії, яка при цьому відбувається, виконується робота. ККД теплової машини визначається відношенням виконаної роботи до кількості теплоти, відданої нагрівником робочому тілу. Він не може бути рівним чи більшим одиниці. Закони термодинаміки заперечують можливість побудови «вічного двигуна·, який працює без переносу і перетворення енергії

20.    Теплові двигуни — це теплові машини, у яких процес перетворення енергії і виконання роботи відбувається циклічно. Вони є основним джерелом механічної енергії на сучасному виробництві. Використання теплових двигунів приводить до хімічного і теплового забруднення довкілля, що вимагає удосконалення двигунів і пошук альтернативних джерел енергії.

Відчуй себе науковцем, виконавши проект за обраною темою.

1. Проект - це такий вид навчальної роботи, коли ти сам (або з декількома друзями) упродовж певного часу працюєш над дослідженням обраної наукової теми.

2.    Виконання проекту пов’язане з дослідницькою, творчою роботою, у процесі якої ти отримуєш самостійні результати. Якщо виникнуть які-небудь проблеми, ти можеш звернутися за допомогою до вчителя.

3.    Форму подання проекту ти можеш обирати на свій розсуд.

4.    Для захисту проекту ти готуєш презентацію отриманих результатів.

5.    Захист навчальних проектів здійснюється індивідуально на окремих , спеціально відведених заняттях, визначених учителем.

6.    Оцінювання проектів здійснює вчитель індивідуально, враховуючи глибину і якість твого наукового дослідження.

Рекомендовані теми проектів по І розділу.

1.    Екологічні проблеми теплоенергетики та теплокористуван-ня.

2.    Енергозбережувальні технології.

3.    Унікальні властивості води.

4.    Рідкі кристали та їх використання.

5.    Полімери і їх фізичні властивості.

6.    Наноматеріали.

7.    Холодильні машини. Кондиціонер. Теплові насоси.

Розділ 2

ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ.

У цьому розділі розглядають?и особливості явищ, які дуже поширені в природі і звпходять застосування в побуті і виробництві. Вони зустрічаються в природі, визначають діяльність живих організмів, керують перебігом багатьох природніх процесів. Специфіка електричних явищ відображена в численних законах і закономірностях, пізнання яких дозволило людині створити сучасне електризоване виробництво, збагатило наш побут, культуру і науку. Пізнавши основні з цих законів, ти зможеш не тільки відповісти на численні «Чому?*, але і зробити свій вклад у розвиток розділу фізики, який отримав назву • Електроди на мі ка *.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Савченко