Конференция «Научные основы работы тепловых двигателей и охрана окружающей среды»

В данном опыте нагреватель – горячая вода, рабочее тело – воздух в теплоприемнике, холодильник – холодная вода.

При нагревании воздух получает некоторое количество теплоты Q₁ и совершает положительную работу A₁, при охлаждении отдает некоторое количество теплоты Q₂ и совершает отрицательную работу A₂. Если связать с поплавком какой-либо передаточный механизм, то тепловой двигатель мог бы совершить работу, например по поднятию груза.


Демонстрация принципа действия тепловой машины.


Опыт 3.

Возьмите высокий тонкостенный стакан, сначала налейте в него слой анилина толщиной 1-2 см, а затем заполните его водой. Нагревайте стакан снизу на спиртовке. При этом капли анилина поднимаются вверх, а через некоторое время вновь опускаются вниз. Такое явление наблюдается до тех пор, пока не прогреются верхние слои воды. Объясните явление.


Ответ.

На опыте наблюдается принцип действия тепловой машины. Мы имеем нагреватель, рабочее тело (анилин) и холодильник. Рабочее тело получает энергию от нагревателя и за счет части ее совершает работу по преодолению силы тяжести и силы трения. Другую часть энергии рабочее тело отдает холодильнику (верхним слоям воды и окружающей среде).

При нагревании анилина плотность его уменьшается и становится меньше плотности воды при той же температуре, поэтому он поднимается. Вверху анилин охлаждается, плотность его увеличивается и становится больше плотности воды, поэтому он опускается.


Опыт 4.

Над горящей электролампой поместить бумажную вертушку. Она приходит во вращение. Что является нагревателем, рабочим телом и холодильником в данной машине? Где поток воздуха имеет большую температуру: под вертушкой или над ней и почему?


Ответ.

Нагреватель – лампа, рабочее тело – воздух, вращающий вертушку, а холодильник – воздух над вертушкой. Над вертушкой поток воздуха имеет меньшую температуру, так как часть его энергии идет на совершение механической работы.


Ведущий:

КПД тепловой твой друг и попутчик,

Вместе с друзьями его рассчитай.

Если от знаний тебя распирает,

Ты свои знанья другим передай.


Слово «Математикам» - они расскажут о КПД тепловых двигателей и цикле Карно.


При работе всех тепловых машин: двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин – используются замкнутые (круговые) процессы.

Замкнутый процесс (цикл) – совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние.

Для оценки эффективности преобразования внутренней энергии газа в механическую работу вводится коэффициент полезного действия. Он равен отношению полезной работы совершаемой за цикл, к количеству теплоты, полученному от нагревателя: η = А / Q_1.

Работа, совершаемая двигателем за цикл, не может быть больше A = Q₁-Q₂, где Q₁ – количество теплоты, получаемое от нагревателя.

|Q₂| - кол-во теплоты, отданное холодильнику.

• η = { Q₁ - |Q₂|} / Q₁ = 1 - |Q₂| / Q₁  η < 1
  

Цикл Карно

З
адача

Ведущий.

Все выше, и выше, и выше

Летит эта гарь к небесам

И кто этой гарью подышит

Туда же отправится сам.

Слово «Экологам» - они расскажут о влиянии автомобильного транспорта на район нашей школы и других школ, находящихся в районе Ново-Переделкино.

На всех основных видах современного транспорта преимущественно используют тепловые двигатели. Без них современная цивилизация немыслима.

В то же время повсеместное использование тепловых двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду.

Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, способного поглощать тепловое инфракрасное излучение поверхности Земли.

Рост концентрации углекислого газа в атмосфере, приводит к повышению ее температуры (парниковый эффект.)

Ежегодно температура атмосферы Земли повышается на 0,05 градусов. Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофическое повышение уровня Мирового океана.

Продукты сгорания топлива существенно загрязняют окружающую среду. Углеводороды, вступая в реакцию с озоном, находящимся в атмосфере, образуют химические соединения, не благоприятно воздействующие на жизнедеятельность животных и человека. Велик вред и растениям. В результате диффузии и поглощения газов клеточным соком они попадают внутрь клеток и нарушают их нормальную жизнедеятельность. Под влиянием ядовитых газов подавляется фотосинтез и нарушается водообмен. Например, при остром поражении сернистым газом у большинства растений через 1-2 часа буреют и гибнут листья. Потребление кислорода при горении топлива уменьшает его содержание в атмосфере.

Проект.

«Роль тепловых двигателей в современной цивилизации и охрана окружающей среды».

Цель: изучить влияние автомобильного транспорта на состояние экосистемы района школы.

Задачи:

1. Выявить уровень загруженности автотранспортом дорог, прилегающих к школе № 1018, а так же автотрассы Боровское шоссе в различное время суток.
   
2. Составить графики загруженности (единиц автомобильной техники / час на протяжении суток).
   
3. Провести сравнительный анализ загруженности автодорог и удаленность от зеленых насаждений.
   
4. По результатам исследований сделать выводы и рекомендации.
   

Большое влияние на состав выхлопных газов оказывает техническое состояние двигателя. Дефекты поршневых колец, гильз цилиндров, загрязнение свечей зажигания и другие неисправности являются причиной повышения токсичности выхлопных газов.

Профессии в различных видах транспорта, от которых зависит нормальная работа тепловых двигателей при эксплуатации и экологическая безопасность страны.

В автомобильном транспорте: водитель, слесарь по ремонту, механик.

В воздушном транспорте: пилот, бортинженер, авиационный техник.

Железнодорожный транспорт: машинист локомотива, помощник машиниста, техник-путеец.

В водном транспорте: матрос, судовой техник, моторист, штурман.


Ведущий

В жизни всему уделяется место,

Рядом с добром уживается зло.

Кто инженером хоть раз побывает,

Может считать, что ему повезло


Слово «Инженерам» – они расскажут, чем вызвано отрицательное влияние тепловых машин и о том, какие меры следует предпринять, чтобы остановить загрязнение атмосферы.

Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду вызвано действием различных факторов: при сжигании топлива используется кислород их атмосферы, вследствие чего содержание его в воздухе постепенно уменьшается.

Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. Сгорание горючей смеси в камере сгорания происходит при высоком давлении и температуре. В результате этого образуются сложные газообразные соединения, из которых, например, СО; SO₃; NO₂ токсичны.

Под влияние выхлопных газов в атмосфере идут сложные и многообразные фотохимические реакции с образованием новых продуктов, к которым относятся озон, органические пераксиды, свободные радикалы, а они могут оказывать на организм общетоксическое действие. Быстрому развитию автомобильного транспорта – главного источника загрязнения атмосферы, присущ ряд особенностей: численность автомашин в крупных городах растет очень быстро, следовательно, растет выброс вредных веществ в атмосферу; автомобиль – движущийся источник, его сложно отделить, как предприятие, санитарно-защитной зоной; автомобильные газы представляют собой сложную смесь токсичных компонентов, их рассеивание в атмосфере затруднено.

Для охраны окружающей среды необходимо:

1. широко использовать фильтры, препятствующие выбросу в атмосферу вредных веществ;
   
2. резко ограничить использование соединений тяжелых металлов, добавляемых в топливо, особенно соединение свинца;
   
3. завершить разработку двигателей, использующих водород в качестве горючего (выхлопные газы состоят из безвредных паров воды);
   
4. начать серийный выпуск электромобилей и автомобилей, использующих солнечную энергию;
   
5. добиваться повышение КПД тепловых двигателей, за счет уменьшения потерь энергии на трение, потерь топлива вследствие неполного его сгорания и т.д.
   

Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, - это увеличение эффективности использования энергии, борьба за ее экономию.

Ведущий

Мы сегодня стоим перед проблемой проблем,

Проступившей так четко и явственно.

Видно время серьезно задуматься всем

Над вопросом – «Наука и нравственность».


Заключение


Ощутив себя господином природы, человек – вольно или невольно – стал применять в отношении к ней давний признак всех поработителей «разделяй и властвуй».

Но к чему это привело. Общий результат техногенеза: уменьшение количества кислорода и азота, рост содержания углекислого газа, метана, окиси углерода, аэрозолей, пыли.

Сравним:

Первичная (архейская) атмосфера, как принято считать, состояла из метана, аммиака, углекислого газа, водяного пара. В числе микропримесей находился кислород.

Следовательно, началось ПОПЯТНОЕ развитие атмосферы – к первичному ее составу. Техногенные процессы сдвигают достигнутое динамическое равновесие газов биосферы в обратную сторону.

Регресс вместо прогресса!

Противодействовать этому может только разумная, сознательная деятельность человека, а может и «бездеятельность» его там, где это необходимо для сохранения биосферы.