Экологические проблемы использования тепловых двигателей

Сохранение земли – важная задача, ведь прогресс ведет к неизбежным изменениям и загрязнению окружающей среды. Одна из проблем, которая сильно влияет на загрязнение это применение тепловых машин.

История создания и принцип действия

Тепловой двигатель – устройство, превращающее тепловую энергию в механическую. Древнегреческий учёный Герон Александрийский ещё в первом веке до н. э. описал в трактате «Пневматика» паровую турбину, которую назвал шаром Эола. Во втором веке появились первые примитивные устройства в Риме. Реактивный двигатель известен человечеству с далёких времён. Он применялся для образования реактивных снарядов и фейерверков в Китае и других азиатских государствах в XIII веке. Современные тепловые двигатели начали появляться в конце XVIII века. И. Ползунов — изобретатель из Алтая в 1764 году предложил проект первого аппарата в мире, который использовал горячий пар для превращения теплоты в механическую энергию. Испытания установки были успешно завершены в конце 1765 года. Машина была работоспособной, но широкого применения не получила. Патентное право на паровой агрегат не был оформлен. Сегодня изобретателем первой паровой установки считается Джеймс Уатт – изобретатель из Англии.

Для работы двигателя нужна разность давлений по обе стороны поршня двигателя. Она создаётся при нагревании рабочего тела (сгорание топлива). После повышения температуры на сотни градусов, газ, обладая достаточной внутренней энергией, расширяется и совершает работу. Пока не охладится до температуры окружающей среды.

Виды тепловых двигателей:

1.  Двигатель Стирлинга — тепловой агрегат, принцип действия которого заключается в круговороте газообразного или жидкого рабочего тела в замкнутом пространстве. Само вещество периодически охлаждается и нагревается. Работа совершается при изменении объёма рабочего тела.
2. Паровая машина, при её применении не используется редуктор. В качестве тягового двигателя она лучше двигателя внутреннего сгорания. К недостаткам устройства относятся: вес аппарата, небольшая скорость, низкий КПД, постоянное применение воды и топлива.
3. Двигатель внутреннего сгорания, во время его работы часть сгорающего топлива преобразуется в работу. ДВС классифицируют в зависимости от:

• потреблённого топлива (бензин, бутан, солярка, пропан, солярка, метан);
• приготовления смеси (инжектор, карбюратор, дизель);
• цикла работы (2–4 тактные моторы);
• превращение энергии (поршень, турбина или комбинация).

Э. Ленуар в 1860 году создал первый ДВС. Четырёхтактный двигатель применяют в автомобилях.

4. Роторные моторы внутреннего сгорания. Как поршень, здесь работает ротор в специальном пространстве. В нём существуют отверстия впуска и выпуска и свеча зажигания. Для роторного мотора даже подойдёт дешёвое горючее.

5. Реактивные, ракетные тепловые двигатели. Работают установки из-за силы тяги, созданной от отдачи выхлопных газов. Могут функционировать в пространстве без воздуха.
6. Турбовинтовые двигатели — тип газотурбинного двигателя, в котором основная часть энергии горячих газов используется для привода воздушного винта через понижающий частоту вращения редуктор, и лишь небольшая часть энергии составляет выхлоп реактивной тяги.

В чём экологические проблемы использования тепловых машин

Проблема №1 заключается в нагревании окружающей среды, атмосферы. Вследствие чего наблюдается глобальное потепление и таяние ледников. Влияние на экологию:

• загрязнение атмосферы азотными и серными веществами;
• из воздуха используется кислород;
• выделяется углекислый газ;
• >50% загрязнений воздуха происходит из-за автомобилей (2–3 млн тонн свинца выбрасывается каждый год);
• топливо полностью не сгорает, при этом в атмосферу выделяются около 200 млн тонн сажи, золы, 70 тонн оксида серы.

Как происходит загрязнение

При работе теплового двигателя сжигаются нефть и уголь с выбросом серных и азотных соединений. Постоянное выделение теплоты в атмосферу приводит к увеличению средней температуры на Земле. С использованием тепловых машин вырос объём углекислого газа в воздухе — это может создать «парниковый эффект». Ежегодное повышение температуры на планете в дальнейшем приведёт к полной перемене климата (как считают учёные).

Негативное влияние на экологию

Вред, связанный с применением тепловых двигателей давно доказан. Они издавна загрязняли окружающий воздух. Дополнительный отрицательный эффект был связан с составом дыма. Мелкодисперсная угольная пыль попадала в лёгкие человека. Химический состав выбросов современного транспорта ещё хуже. Поэтому наблюдаются болезни лёгких: аллергические, обструктивные изменения; онкологические заболевания.

Экологические проблемы использования тепловых двигателей:

1. кислотные дожди;
2. разрушение озонового слоя;
3. парниковый эффект.

Заключение

Проблемы, связанные с отрицательным воздействием тепловых машин на окружающую атмосферу, никто не отрицает и человечество всё больше внимания обращает на них. Постепенно люди начинают использовать электроавтомобили, больше электровозов, отказываясь от тепловых двигателей.

Экологические проблемы использования тепловых двигателей, способы решения:

1. Совершенствование теплодвигателей.
2. Вторичное применение выхлопных газов.
3. Альтернативные виды энергии.