Конференция

Урок - Конференция

Разработала: Бербец Галина Петровна

«Тепловые двигатели. Электрификация и охрана природы.»

Цель: обобщить знания учащихся о роли тепловых и других двигателей в жизни мирового сообщества, раскрыть сущность связанных с ними экологических проблем и убедить учащихся в жизненной важности бережного отношения к окружающей нас природе.

Оформление: готовим плакат со словами Жака Ива Кусто: «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек устрашает природу».

А так же плакат со следующими данными:

– 1 тонна бензина, сгорая, выделяет 500 – 800 килограммов вредных веществ;

– в атмосферу ежегодно выбрасывается 5 миллиардов тонн СО_{2 ;}

– в состав выхлопных газов входит 1200 компонентов, в том числе оксид углерода, окислы азота, углеводороды, альдегиды, оксиды металлов (наиболее вредный – оксид свинца), сажа и прочее.

План конференции:

1. Тепловые двигатели и их значение.

2. Влияние тепловых двигателей на окружающую среду. (атмосферу и

гидросферу).

3. Пути решения экологических проблем:

а) создание новых двигателей

б) развитие альтернативной энергетики.

4. Состояние экологических проблем и природоохранные меры, принимаемые в России.

Ведущий:

Тепловые машины широко используют в народном хозяйстве. По железнодорожным магистралям водят составы мощные тепловозы, по водным путям – теплоходы. Миллионы автомобилей с двигателями внутреннего сгорания перевозят грузы и пассажиров. Поршневыми, турбовинтовыми и турбореактивными двигателями снабжены самолеты и вертолеты. С помощью ракетных двигателей осуществляются запуски искусственных спутников, космических кораблей и станций. Двигатели внутреннего сгорания являются основой механизации производственных процессов в сельском хозяйстве. Их устанавливают на тракторах, комбайнах, самоходных шасси, насосных станциях.

Рассмотрим значение и основные характеристики некоторых применяемых в тепловых машин.

Выступления.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания.

Первый ДВС был создан в 1860 году французским инженером Ленуаром. КПД первого двигателя был 3,3%. Первый четырехтактный газовый ДВС был изобретен в 1878 году немецким изобретателем Отто. КПД этого двигателя достигал 22%. У современных ДВС КПД около 30%. Это обусловило их широкое распространение. Но они имеют существенные недостатки: работают на дорогом высококачественном топливе, довольно сложны по конструкции, имеют очень большую скорость вращения вала двигателя, которую можно снижать только с помощью специальных механических приспособлений (например зубчатых передач), их выхлопные газы загрязняют атмосферу.

Карбюраторный двигатель.

Развитие нефтяной промышленности в конце XIX веке дало новые виды топлива – керосин, бензин. В бензиновом двигателе для более полного сгорания топлива перед впуском в цилиндр его смешивают с воздухом в специальных смесителях, называемых карбюраторами. Воздушно – бензиновую смесь называют горючей смесью. Из КПД также невысок и достигает 18 – 24%.

Двигатель Дизеля.

Чтобы повысить КПД ДВГ, немецкий инженер Р. Дизель в 1892 году предложил использовать еще большие степени сжатия рабочего тела и расширение при постоянном давлении. Современные дизели имеют КПД около 40%. Их устанавливают на тракторах и автомобилях, на речных и морских теплоходах, на дизель – электроходах, на тепловозах, на электростанциях небольшой мощности.

Паровая турбина.

Первая паровая турбина была изготовлена шведским инженером Г.Лавалем в 1889 году.

КПД современных паровых турбин достигает 40%. Поэтому электрические генераторы всех тепловых и атомных электростанций приводятся в действие паровыми турбинами.

Паротурбинные двигатели нашли широкое применение на водном транспорте.

Газовые турбины.

КПД газотурбинных установок достигает 25 – 30%. У газотурбинных двигателей нет громоздких паровых котлов, как у паровых машин и паровых турбин, нет поршней и механизмов, преобразующих возвратно-поступательное движение во вращательное. Поэтому газотурбинный двигатель занимает втрое меньше места, чем дизель той же мощности, а его удельная масса в 6 – 9 раз меньше, чем у авиационного поршневого ДВС.

Поэтому первая важная область применения газотурбинных двигателей – авиация. Самолеты с винтом, насаженным на вал газотурбинного двигателя, появились в 1944 году. Турбовинтовые двигатели имеют такие известные самолеты, как ИЛ – 18, АН – 22, АН – 124, «Руслан».

Турбореактивный двигатель.

Газовая турбина может быть использована как реактивный двигатель. Воздух и продукты горения выбрасываются из газовой турбины с большой скоростью. Реактивная сила тяги, возникающая при этом, может быть использована для движения самолета, теплохода или железнодорожного состава.

Успешное применение турбореактивных двигателей в авиации началось в 40-х годах созданием реактивных истребителей, а первый в нашей стране реактивный пассажирский самолет ТУ – 104 вышел на линию Москва – Иркутск в 1956 году. Турбореактивными двигателями оборудованы самолеты ИЛ – 62, ТУ – 124, ИЛ – 86.

Ракетные двигатели.

Реактивные двигатели не использующие для своей работы окружающую среду, например воздух земной атмосферы, называют ракетными двигателями. Выход струи газа через сопло приводит к возникновению реактивной силы. Конструкцию космической ракеты с жидкостным реактивным двигателем впервые предложил в 1903 году К.Э.Циолковский.

Первая отечественная жидкостная ракета была создана в 1933 году по проекту М.К.Тихонравова. Двигатель ракеты работал на жидком кислороде и бензине.

Ведущий:

Дальнейшая успешная разработка ракетно-космической техники, выполненная под руководством академика С.П.Королева, позволила осуществить в нашей стране запуск первого в мире искусственного спутника Земли. (4 октября 1957 года), полет вокруг Земли первого в мире космонавта Ю.А.Гагарина (12 апреля 1961 года), запуск межпланетных станций на Луну, Марс, Венеру.

II.

Охрана природы.

Непрерывное развитие энергетики, автомобильного и других видов транспорта, возрастании потребления угля, нефти и газа в промышленности и на бытовые нужды увеличивает возможности удовлетворения жизненных потребностей человека. Однако в настоящее время количество ежегодно сжигаемого в различных тепловых машинах химического топлива настолько велико, что все более сложной проблемой становится охрана природы от вредного влияния продуктов сгорания. Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается. Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу различных вредных веществ. (по таблице).

Но выбросы вредных веществ в атмосферу – не единственная сторона воздействия энергетики на природу. Если тепловые выбросы мощной теплоэлектростанции передать проточной воде, то ее температура поднимется примерно на 5 градусов Цельсия. Такое воздействие на гидросферу нельзя допустить, оно приведет к изменению теплового режима в реках, их флоры и фауны. Поэтому рядом с теплоэлектростанциями создаются пруды – охладители площадью 10 – 20 квадратных километров, изолированные от рек и озер.

III.

Электрификация

Гидроэнергетика ГЭС

Достоинства:

– не загрязняется атмосфера;

– создаются новые водоемы;

– увлажняется атмосфера, меняется микроклимат;

– гидроресурсы не надо добывать или как-то обрабатывать.

Недостатки:

– затапливаются огромные пространства, создаются водохранилища;

– разрушается естественная среда обитания флоры и фауны;

– отчуждаются плодородные пойменные земли;

– плотины отрицательно влияют на ценные породы промысловых рыб;

– по мнению некоторых ученных, последствием строительства ГЭС является «наведенная сейсмичность» в зоне расположения мощных гидроузлов и больших по объему водохранилищ. В 1967 году в Индии была разрушена плотина высотой 103 метра. Причина – землетрясение, эпицентр – под телом плотины.

Теплоэнергетика (ТЭС)

Более 80% всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на ТЭС на всех видах топлива (природного).

Достоинства:

– под станции используются небольшие площади;

– высокая удельная теплота сгорания (уголь, нефть, природный газ);

– простота хранения угля, пригодность к непосредственному использованию угля, нефти и газа.

Недостатки:

– сильно загрязняют атмосферу сернистыми и азотистыми соединениями, СО₂, создают парниковый эффект, кислотные дожди и т. д.;

– используется большое площадей для добычи угля, рельеф портится шахтами;

– с охлаждающей водой ТЭС в ближайшие водоемы сбрасывается большое количество тепла, повышающее температуру водоема.

По данным МАГАТЭ электростанция мощностью более 1 миллиона киловатт, работающая на угле, выбрасывает в атмосферу ежедневно 400 тонн сернистого газа, 60 тонн окислов азота и углерода. Если бы в мире начли строить только ТЭС (их считают более безопасными), что бы было?

Мало кто из неспециалистов знает, что вместе с различными загрязняющими атмосферу газами ТЭС вырабатывает в атмосферу и некоторые радиоактивные вещества, содержащиеся в большей или меньшей степени в топливе.

Радиационный фон от ТЭС – 1%.

АЭС

В мире существует около 420 атомных реакторов. У нас в стране 14% всей энергии вырабатывается АЭС. Первая в мире АЭС была пущена в 1954 году в СССР в Обнинске. Сейчас у нас их 9:

1. Балаковская.

2. Калининская.

3. Кольская.

4. Нововоронежская.

5. Курская.

6. Ленинградская.

7. Смоленская.

8. Белоярская.

9. Билибинская (на Чукотке, самая маленькая).

10. Обнинская – маленькая, существует как экспериментальная.

Только в черте Москвы 8 работающих реакторов, 7 из них – в институте Курчатова.

Достоинства:

– небольшая площадь под АЭС;

– при отсутствии утечек – никакого загрязнения атмосферы;

– относительная независимость от местоположения сырья.

Недостатки:

– образуются радиоактивные отходы (глобальная проблема);

– дорогое строительство, еще дороже размонтировка.

Гелиоэнергетика

Солнце – источник всех остальных видов энергии на планете. Оно посылает огромное количество килокалорий на Землю. Так как абсолютно чистой атмосферы нет, половина солнечной энергии рассеивается, до поверхности Земли доходит лишь 50%. И даже это количество грандиозно и превышает все другие виды энергии.

Всю солнечную энергию использовать нельзя – часть ее переходит в тепло морей и океанов, часть обеспечивает круговорот воды в природе, часть идет на фотосинтез. Кроме того, 30% отражается поверхностью Земли и возвращается в космос.

Достоинства:

– СЭС не загрязняют атмосферу;

– солнечные киловатты бесплатны.

Недостатки:

– проблема связана с циклическим характером поступления;

– под солнечные батареи используется большая площадь Земли;

– КПД солнечных установок пока очень низок (около 10%).

Однако при высоких КПД значительная часть солнечной энергии, падающей на Землю вблизи СЭВ, будет изыматься, что приведет к сильному локальному понижению температуры и интенсивной конденсации паров в атмосфере. Это в свою очередь будет препятствовать проникновению солнечных лучей к земной поверхности;

– плотность солнечной энергии низкая, и требуются большие средства на ее улавливание и хранение.

Ветроэнергетика

Попытки использовать силу ветра своими корнями уходят в далекие времена. Вспомните ветряные мельницы, с которыми боролся Дон Кихот. Силу ветра можно реально считать базой развития будущей энергетики.

Достоинства:

– используется даровая энергия;

– экологически чисты, не влияют на тепловой баланс атмосферы Земли.

Недостатки:

– низкая интенсивность, поэтому они занимают большие площади;

– портят ландшафт (некрасиво);

– работа ветровых установок неблагоприятно влияет на работу телевизионной сети;

– источник шума (этот район покидают животные и птицы);

– если наступает затишье, ветровая энергия равна нулю, а приток энергии нужен постоянный. Человек еще не научился запасы электроэнергии в большом количестве, как, например, угля, нефти.

Но ученые смотрят на эти проблемы оптимистически и считают, что они разрешимы и что это энергетика будущего.

Приливные электростанции

Энергия морских приливов огромна. Однако практическое использование затруднено, поэтому моря и океаны могут удовлетворить только 1% мировой энергопотребности.

Достоинства:

– минимум поверхности на суше;

– не загрязняется атмосфера;

– даровой источник.

Недостатки:

– в море занимает очень большие пространства, опасно для судоходства.

Геотермальная энергетика

Геотермальная энергия – это теплота, которая генерируется внутри Земли в источники огромной силы (внутренняя энергия Земли).

Достоинства:

– практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени года, суток.

Недостатки:

– необходимость обратной закачки отработанной воды (в геотермальных водах содержится много токсичных металлов – Zn, Pb, кадмий, мышьяк и химических соединений – аммиак, фенол) – это исключает сброс этих вод в природные водоемы, расположенные на поверхности.