Влияние тепловых двигателей на здоровье человека кратко

Обновлено: 07.07.2024

В современной технике широко применяют тип теплового двигателя, в котором пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами. В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Тепловые двигатели и их роль в жизни человека.docx

Тепловые двигатели и их роль в жизни человека

В настоящее время существует большое количество устройств, использующих тепловое расширение газов. К таким устройствам относятся карбюраторный двигатель, дизели, турбореактивные двигатели и т.д. Тепловые двигатели могу быть разделены на две основные группы:

1. Двигатели с внешним сгоранием - паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и т.д.

2. Двигатели внутреннего сгорания.

В качестве энергетических установок автомобилей наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит непосредственно в цилиндрах. Отсюда и происходит название этого двигателя. Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе. На большинстве современных автомобилей установлены двигатели внутреннего сгорания. Наиболее экономичными являются поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Они имеют достаточно большой срок службы, сравнительно небольшие габаритные размеры и массу.

А теперь немного о первых двигателях внутреннего сгорания. Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был создан в 1860 г. французским инженером Этьеном Ленуаром (1822-1900), но эта машина была еще весьма несовершенной, её мощность была около 12 л. с. Двигатель представлял собой одноцилиндровую машину двойного действия, работавшую на смеси воздуха и светильного газа с зажиганием от постороннего источника.

В 1862 г. французский изобретатель Альфонс Бо де Роша (1815-1891) предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл:

3) горение и расширение;

Эта идея была использована немецким изобретателем Н. Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Быстрое распространение двигателей внутреннего сгорания в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и стационарной энергетике была обусловлена рядом их положительных особенностей. Осуществление рабочего цикла двигателей внутреннего сгорания в одном цилиндре с малыми потерями и значительным перепадом температур между источником теплоты и холодильником обеспечивает высокую экономичность этих двигателей. Высокая экономичность - одно из положительных качеств двигателей внутреннего сгорания . Среди двигателей внутреннего сгорания дизель в настоящее время является таким двигателем, который преобразует химическую энергию топлива в механическую работу с наиболее высоким коэффициентом полезного действия. Это качество дизелей особенно важно, если учесть, что запасы нефтяных топлив ограниченны. К положительным особенностям двигателей внутреннего сгорания стоит отнести также то, что они могут быть соединены практически с любым потребителем энергии.

Двигатели внутреннего сгорания успешно используются на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных машинах, тепловозах, судах, электростанциях и т.д. Следовательно, двигатель внутреннего сгорания отличается хорошей приспособляемостью к потребителю. Сравнительно невысокая начальная стоимость, компактность и малая масса двигателей внутреннего сгорания позволили широко их использовать. Положительным качеством дизельных двигателей является способность одного двигателя работать на многих топливах. Так известны конструкции автомобильных многотопливных двигателей, а также судовых двигателей большой мощности, которые работают на различных топливах - от дизельного до котельного мазута.

Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока. Тепловые двигатели- паровые турбины- устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели на автомобильном- поршневые двигатели внутреннего сгорания на водном- двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины на железнодорожные тепловозы с дизельными установками в авиации -поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта.

Но, наряду с положительными качествами, двигатели внутреннего сгорания обладают рядом недостатков: ограниченная по сравнению, например с паровыми и газовыми турбинами, агрегатная мощность, высокий уровень шума, токсичность выхлопных газов.

Тепловые машины – основа нашей индустриальной цивилизации. Они приводят в движение автомобили и корабли, вырабатывают ток на электростанциях, дают энергию для работы предприятий. Вместе с тем, использование тепловых машин – причина серьезных экологических проблем, которые становятся все острее.

Что такое тепловая машина

Тепловая машина (ТМ) – тип двигателя, преобразующий тепло в полезную работу. Он состоит из трех элементов:

нагревателя;
холодильника;
рабочего тела.

К тепловым машинам относятся все бензиновые и дизельные автомобильные моторы, паровые турбины и котлы, реактивные и ракетные двигатели.

Тепловые двигатели (ТД) распространены повсеместно: на транспорте, в энергетике, промышленности. Изобретение паровой машины привело к индустриальной революции XVIII-XIX столетий, радикально изменило облик нашего мира.

Как работает тепловой двигатель

Работа теплового двигателя основана на способности веществ расширяться при повышении температуры. В качестве рабочего тела в ТД используется газ, который нагревается за счет сжигания топлива.

Все ТМ работают циклически. Чтобы запустить подобную систему, температура нагревателя должна быть существенно выше, чем окружающей среды. При обратном ходе поршня температура газа понижается за счет холодильника. Им может служить охлаждающая жидкость или атмосфера.

Работа двигателя равна разности подведенного и отведенного тепла. Коэффициент полезного действия – это отношение работы к теплу, подведенному к системе. Принцип действия тепловых машин основан на 1-м и 2-м законе термодинамики.

Вредные вещества

Для работы тепловых двигателей чаще всего применяется ископаемое топливо или продукты его переработки: уголь, газ, мазут, бензин, керосин и др. Они никогда не сгорает на 100%, и остатки загрязняют окружающую среду.

Не меньший вред наносят продукты сгорания. При работе ТМ выделяются следующие виды вредных веществ:

сажа;
углекислый газ;
угарный газ;
оксид азота;
соединения свинца;
формальдегид;
бензол.

Атомные электростанции – также тепловые машины, в которых для нагревания рабочего тела используются ядерные реакции. Их эксплуатация связана с опасностью загрязнения окружающей среды радиоактивными материалами.

Виды загрязнений

Выбросы токсичных веществ – главный негативный фактор воздействия тепловых машин на окружающую среду.

В процессе сжигания топлива расходуется много кислорода, что приводит к уменьшению его количества в воздухе. В странах с развитой промышленностью двигатели и турбины потребляют кислорода больше, чем его успевают выделять растения.

Тепловое загрязнение

За 2008 год все ТМ выработали примерно 125 ПВт/ч энергии. Учитывая их небольшой КПД, примерно столько же энергии рассеялось в виде тепла в атмосфере. Хотя это количество и не кажется слишком большим, но оно способно нарушить хрупкий температурный баланс атмосферы, запустив необратимые изменения.

Последствия для экологии

Тепловые машины – один из главных источников загрязнения окружающей среды. Экологические проблемы при использовании ТД носят комплексный характер – токсичные выбросы отравляют воздух, почву и воду.

Атмосфера принимает на себя первый удар. Тепловые машины ежегодно выбрасывают в окружающую среду около 60 млн тонн оксидов серы и примерно 200 млн тонн сажи. Количество окисей азота, соединений свинца, углеводородов также исчисляется миллионами тонн.

В мире эксплуатируется около 1 млрд автомобилей, на них приходится более половины ядовитых веществ, которые выбрасываются в атмосферу.

В 2018 году в атмосферу было выброшено 33,9 млрд тонн углекислого газа, что на 2% больше, чем годом ранее. Он считается одной из главных причин парникового эффекта и изменения климата.

Выхлопные газы автомобилей – основной источник токсичного смога в крупнейших городах мира. Концентрация вредных веществ в воздухе мегаполисов может превышать норму в десятки раз.

Токсические вещества из атмосферы попадают в почву или воду. Они меняют их химический состав, что самым негативным образом сказывается на живых организмах.

Влияние на живые организмы

Ядовитые выбросы, образующиеся при работе тепловых машин, разрушительно действуют на все живые организмы. Наиболее опасными считаются соединения свинца, азота, фенолы, углеводороды.

Например, свинец, который добавляют в моторное топливо, является сильнейшим канцерогеном. Аналогичными свойствами обладает хром, бром и их соединения.

Выбросы тепловых двигателей угнетают иммунную систему человека, приводят к дыхательным и сердечно-сосудистым заболеваниям.

Соединения азота и серы, вступая в реакции с влагой воздуха, образуют ядовитые кислоты. Именно они – причина кислотных дождей, которые убийственно действуют на почву и растительность.

Пути решения проблемы

Можно утверждать, что ТД породили современное индустриальное общество. При этом необходимость их замены с каждым днем становится все более очевидной. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды плохо сочетаются друг с другом.

Автобус на электрической тяге

Альтернативы для этого уже есть: тепловые электростанции можно заменить солнечными панелями, а автомобили с ДВС – электрокарами.

Такой переход потребует много времени и еще больше ресурсов, но результат оправдает эти затраты.

Теплоэнергетика

Предприятия теплоэнергетики следует вынести за границы населенных пунктов. От этого они не будут выделять в атмосферу меньше вредных веществ, но их концентрация в городах станет меньше.

Выбросы автомобилей

Вполне реально уменьшить вред, который окружающей среде и здоровью людей наносят автомобили с ДВС. Эффективным методом является жесткий контроль качества моторного топлива. Уже сегодня во многих странах запрещена продажа бензина с добавками свинца.

Существуют стандарты по количеству вредных веществ в выхлопных газах самих автомобилей. Они зависят от конструкции двигателя и системы зажигания, наличия нейтрализаторов.

Альтернативная энергетика

Защита атмосферы

Для защита атмосферы от вредных выбросов сегодня используется несколько методов. Чтобы уменьшить концентрацию выбросов, трубы делают выше. Куда более эффективно работают различные фильтры, улавливающие отходы. Однако такая очистка достаточно дорого стоит и также не дает полной гарантии.

Создание тепловых двигателей – необходимый атрибут современной цивилизации. Данная тема очень актуальна, так как прогресс человечества теснейшим образом связан с развитием энергетики, транспорта. Автомобильный транспорт играет огромную роль в формировании современного характера расселения людей и распространении туризма, в территориальной децентрализации промышленности и сферы обслуживания.

Содержание

Введение
1. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды
2. Экологические проблемы тепловых двигателей
3. Факторы отрицательного влияния автомобильного транспорта на человека и окружающую среду
4. Методы борьбы с вредными воздействиями тепловых двигателей на окружающую среду
5. Выбросы от автотранспорта в атмосферу
6. Влияние вредных веществ на организм
Заключение
Список использованных источников

Введение

Так, мощный расцвет промышленности в XIX в. был связан с изобретением первого теплового двигателя – паровой машины. Создание двигателя внутреннего сгорания послужило базой для развития автомобильного транспорта и самолётостроение. Газовая турбина буквально в последние четыре десятилетия вызвала переворот в авиации – замену тихоходных самолётов с поршневым двигателем реактивными и турбовинтовыми лайнерами, скорость которых приближается к скорости звука, а в последнее время — и сверхзвуковыми. С помощью реактивных тепловых двигателей осуществлена вековая мечта человечества – выход в космическое пространство.

Основная доля электроэнергии вырабатывается тепловыми электростанциями, генераторы которых приводятся в действие паровыми турбинами. На атомных электростанциях энергия, выделяющаяся при ядерных реакциях, также преобразуется сначала в энергию пара, который приводит в движение паровую турбину, а последняя – ротор генератора, в котором вырабатывается ток.

Целью является рассмотреть какое пагубное влияние оказывают тепловые двигатели машины на окружающую среду, какие существуют пути решения этих экологических проблем и какие природоохранные мероприятия необходимо проводить и проводятся для улучшения экологической обстановки в России,а также в других странах мира.

1. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Выбрасываемая в атмосферу токсические продукты горения, продукты неполного сгорания органического топлива- оказывают вредное воздействие на флору и фауну. Особую опасность в этом отношении представляют автомобили, число которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена.

Все это создает ряд серьёзных проблем перед обществом.

Необходимо повышать эффективность сооружений, препятствующих выбросу в атмосферу вредных веществ; добиваться более полного сгорания топлива в автомобильных двигателях, а также увеличении эффективности использования энергии, экономии на производстве и в быту.

2. Экологические проблемы тепловых двигателей

ЭКОЛОГЧЕСКИЙ КРИЗИС, нарушение взаимосвязей внутри экосистемы или необратимые явления в биосфере, вызванные антропогенной деятельностью и угрожающие существованию человека как вида. По степени угрозы естественной жизни человека и развитию общества выделяются неблагоприятная экологическая ситуация, экологическое бедствие и экологическая катастрофа

Загрязнения от тепловых двигателей:

Химическое.
Радиоактивное.
Тепловое.

КПД тепловых двигателей

Изучить роль тепловых машин в нашей жизни и попробовать наметить выход из непростой экологической ситуации, которая во многом связана с ними..

Изучить историю создания ДВС и их принцип работы.
Установить связь загрязнения воздуха с загруженностью автодорог.
Рассчитать количество вредных продуктов работы тепловых машин.
Выяснить, как уменьшить вредное влияние использования тепловых машин на жизнь и деятельность человека на Земле.

В ходе работы множества тепловых машин возникают выхлопы тепла, которые, приводят к нагреванию самой атмосферы. Это может привести к более интенсивному таянию ледников и фатальному для человечества повышению уровня Мирового океана. Работа тепловых машин и ДВС способствует тому, что в атмосферу выбрасываются вредные для живых и растительных организмов продукты сгорания топлива.

Если выхлопы токсинов – это неизбежность в работе автотранспорта то, можно ли и как их уменьшить?

Современная жизнь человека невозможна без использования самых разнообразных машин, облегчающих его жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигается и т.д. Машины выгодны тем, что способны совершать большую полезную работу.

Машины, производящие механическую работу в результате обмена теплотой с окружающими телами, называются тепловыми двигателями. В большинстве таких машин нагревание получается при сгорании топлива, в результате чего нагреватель получает достаточно высокую температуру. В этих случаях работа совершается за счет использования внутренней энергии смеси топлива с кислородом воздуха. В настоящее время довольно широко распространены также тепловые машины, использующие теплоту, выделяющуюся в реакторе, где происходит расщепление атомных ядер.

7. Основная часть.

7.1. Исторический обзор

История тепловых машин уходит в далекое прошлое. Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. Первый универсальный тепловой двигатель был создан в 1764 г. в России выдающимся изобретателем, механиком Воскресенских заводов на Алтае И. И. Ползуновым. Он первым понял, что можно заставить паровую машину приводить в движение не только насос, но и кузнечные мехи. Рабочие органы его машины передавали движение валу отбора мощности. Это качество придавало машине Ползунова свойство универсальности.

С того времени тепловые двигатели многократно модифицировались.

История паровых машин начинается лишь в 17 веке. Одним из первых, кто создал действующий прообраз паровой машины, был Дени Папен. Паровая машина Папена, была фактически лишь набросками, моделью. Он так и не сумел создать настоящую паровую машину, которая могла бы использоваться на производстве. Все его идеи нашли применение в следующем поколении паровых машин.

В 1712 году была создана паровая машина Томаса Ньюкомена. Она вобрала в себя лучшие идеи из паровой машины Папена и парового насоса Севери. Главные недостатки, паровой машины Ньюкомена заключались в ее огромных размерах и очень большом потреблении угля. Попытки применить ее для пароходов не увенчались успехом.

В 1773 году, Уатт, строит свою первую действующую паровую машину. А в 1774 году, совместно с промышленником Метью Болтоном, Уатт открывает компанию по производству паровых машин.

В 1884 году, Уатт создает первую универсальную паровую машину. Ее основное назначение – привод промышленных станков. С этого момента, паровая машина перестает быть привязана к угольным шахтам..

Паровая машина Уатта стала основанием технологического прорыва в технике. Началась эпоха паровых машин.

В 20-м столетии стало возможным претворить на практике мечты многих изобретателей об использовании реактивной силы в качестве движущей силы для летательных аппаратов, хотя о самом реактивном движении знали ещё более 2000 лет назад.

Кто был первым создателем авиационного реактивного двигателя? На этот вопрос невозможно получить однозначный ответ.

К началу второй мировой войны, в 1939 г., наибольший прогресс в развитии реактивных двигателей был, достигнут в Англии и Германии, абсолютно независимо друг от друга.

Кроме Германии и Англии, следует отметить еще ряд стран, где проведены подобные работы: в Швеции, во Франции, в Венгрии, в США и Советском Союзе.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Первый двигатель изобрёл в 1860 году французский механик Этьен Ленуар (1822-1900). Рабочим топливом в его двигателе служила смесь метана, водорода и воздуха. Устройство походило на устройство будущих автомобильных двигателей: две свечи зажигания, цилиндром с поршнем двустороннего действия, двухтактный рабочий цикл.

Однако, у этого двигателя коэффициент полезного действия составлял всего 0.04, т.е. всего 4% теплоты сгоревшей смеси газов тратилось на полезную работу, а 96% уходили с отработанными газами.

В 1862 г. француз Альфонс Бо Де Роша (1815-1891) предложил идею четырёхтактного двигателя: обязательным моментом работы последнего становилось сжатие рабочей смеси газа с воздухом. Но сам он осуществить свою идею не сумел. Такой двигатель создал в 1876 г. служащий из Кёльна (Германия) Николаус Август Отто (1832-1891). КПД его двигателя уже был выше (хоть и немного).

Для генерации подаваемого на двигатель пара использовались котлы, работающие как на дровах и угле, так и на жидком топливе.

Пар из котла поступает в паровую камеру, из которой через паровую задвижку-клапан попадает в верхнюю (переднюю) часть цилиндра. Давление, создаваемое паром, толкает поршень вниз. Во время движения поршня от ВМТ к НМТ колесо делает пол оборота.

В самом конце движения поршня к НМТ клапан смещается, выпуская остатки пара через выпускное окно. Остатки пара вырываются наружу, создавая характерный для работы паровых двигателей звук.

В то же самое время, смещение клапана на выпуск остатков пара открывает вход пара в нижнюю (заднюю) часть цилиндра. Созданное паром в цилиндре давление заставляет поршень двигаться к ВМТ. В это время колесо делает еще пол оборота.

В конце движения поршня к ВМТ остатки пара освобождаются через все тоже выпускное окно.

Цикл повторяется заново.

*ВМТ – верхняя мёртвая точка;

НМТ – нижняя мёртвая точка.

Ракетные двигатели имеют довольно простой принцип работы.

Для того чтобы работать в условиях космоса, ракетные двигатели должны иметь собственный запас кислорода для обеспечения сжигания топлива. Топливно-воздушная смесь впрыскивается в камеру сгорания, где происходит ее постоянное сжигание. Образующийся во время сгорания газ под очень большим давлением высвобождается наружу через сопло, создавая реактивную силу и заставляя ракетный двигатель, а вместе с ним и ракету двигаться в противоположном направлении.

Двигатель внутреннего сгорания

Основы устройства поршневого ДВС

Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемещается поршень. Поршень через шатун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал представляют собой кривошипно-шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами. Перемещение поршня ограничивается ВМТ и НМТ. Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом. Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

8.Роль тепловых машин ТМ.

Паровые двигатели имели огромное значение до середины прошлого века, т.к. использовались на железной дороге.

Сегодня там большее распространение получили дизельные двигатели. Они широко используются в автомобильном транспорте: их устанавливают на автомашинах, мотоциклах, мопедах, грузовых автомобилях. Кроме того их используют на железнодорожном транспорте, в легкой авиации, в сельском хозяйстве. Эти двигатели имеют большую мощность при довольно небольших размерах. Именно паровые турбины приводят в движение роторы генераторов электрического тока.

КПД ракетных двигателей достигает 60 %. Это значит, что их целесообразно использовать на авиационном и космическом транспорте.

Итак, тепловые двигатели широко используются в транспортной, сельскохозяйственной, промышленной и космической сферах деятельности человека.

Мы очень долго используем тепловые машины и почти столько же времени не думали о наносимом вреде окружающей среде нашей планеты.

- Продукты сгорания вызывают парниковый эффект (однако отметим, что тепловой эффект во многом компенсируется ледниковым эффектом.

- Выхлопные газы являются мутагенами, образуют с туманом или дождем смог и кислотные дожди (у человека они вызывают поражения кожи и органов дыхания; продолжительность жизни животных и растений уменьшается).

- Соединения азота с кислородом ускоряют разрушение озонового слоя.

- ДВС поглощают кислород прямо из атмосферы.

9. Проведение наблюдений .

Зная о том, что самая большая часть вреда для окружающей среды исходит от автомобиле, я задумалась: сколько вреда приносит дорожный транспорт нашему городу? В Сасово не самый мощный поток машин в нашей стране. Определив загазованность выхлопными газами у нас, путём несложных математических вычислений можно сделать выводы и о стране, и о Земле в целом. Я провела исследование и вычислила количество токсичных продуктов, образующихся при работе автотранспорта в трёх точках г.Сасово.

Используя методики, описанные в печатном издании (см. Приложения № 1), я подсчитала общую массу выделившихся токсичных продуктов. Результаты исследований оформила в виде таблиц (см таблица 1, 2, 3) и диаграммы (см. Приложение № 3) Мы вели подсчет на трех участках (карта см. Приложение № 2, (а, б, в)) с.26 – 28.

таблица 1. Количество токсичных веществ на 1- ом участке (светофор у МКЦ)

Читайте также: