Підручник Фізика 8 клас - М. I. Шут - Перун 2016 рік

Частина I ТЕПЛОВІ ЯВИЩА.

РОЗДІЛ 3. ТЕПЛОВА ЕНЕРГІЯ. ТЕПЛОКОРИСТУВАННЯ

§ 20. ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ ТА IX ВПЛИВ НА ЗАБРУДНЕННЯ ОТОЧУЮЧОГО СЕРЕДОВИЩА

1. Сучасний стан атмосфери у великих містах Україні. Оточуюче середовище - основа життя людини. В Україні основне забруднення атмосфери створюють ряд галузей промисловості, теплоенергетика та автотранспорт, при цьому на долю теплоенергетики приходиться 30% від загального забруднення, автотранспорту - 40%. Найбільш поширені токсичні речовини, які забруднюють атмосферу - це тверді частинки (пил, зола), оксид карбону СО, діоксид сірки SO2 (сірчаний газ), оксиди азоту NO, N2O, NО2, N2О3, бензопірен С2О Н12.

Сучасний стан атмосфери у великих містах України є загрозливим, що пов'язане з високими темпами зростання промислового виробництва, вироблення і споживання електричної енергії, випуску та використання транспортних засобів. Очевидно, що енергетичні ресурси та енергія, яка з них виробляється, є основою сучасної цивілізації. Без енергетики у людства немає майбутнього. Але сучасна енергетика наносить відчутну шкоду оточуючому середовищу та погіршує умови життя і роботи людей.

Найбільш інтенсивно впливають на біосферу паливно-енергетичний комплекс (рис. 81, а), окремі об’єкти теплоенергетики (теплоелектроцентралі, котельні) та будь-які виробництва, робота яких пов’язана із спалюванням палива (вугілля, нафти, природного газу). Крім того, використання вугілля супроводжується задіянням великих ділянок землі для його видобування і розміщення відходів, так званих «териконів» (рис. 81, б). У склад димових газів від згоряння палива входять діоксид карбону, вуглекислий газ, сірчаний газ, оксиди азоту, бензонірен, окисли металів, сполуки фтору, газоподібні продукти неповного згоряння палива. Попадання таких речовин у повітряне середовище наносить шкоди усій біосфері. Кожного з нас безпосередньо стосується проблема забруднення повітря від котелень, якими опалюються житлові будинки. Що ми одержуємо через димові труби котелень? Той самий набір: золу, пил, вуглекислий газ, сірчаний газ, чадний газ. І це відбувається кожного дня!

Наближений вміст шкідливих речовин в атмосфері великих міст України складає: СО (чадний газ) — 45%,

2- 18%,

С20 Н12 - 15%,

NO - 10% ,

пил — 12%.

Для спалювання 1 кг твердого палива у зону горіння подається до 2о кг атмосферного повітря!

Найбільша небезпека полягає у тому, що шкідливі речовини не зникають безслідно, вони розсіюються у повітрі і переносяться його рухомими потоками на значні відстані, внаслідок чого збільшуються площі забруднених зон.

Ще одною нашою загальною бідою є нові технології утилізації сміття. Уже зараз його масово спалюють у котельнях, особливо у Києві та інших великих містах. Викиди чадного газу, важких металів та інших канцерогенних речовин (це речовини, які викликають захворювання на рак) при спалюванні побутового сміття значно перебільшують викиди від спалювання палива, що абсолютно неприпустимо у місцях масового проживання людей!

До яких наслідків призводить забруднення навколишнього середовища? Скорочуються території проживання живих істот; внаслідок забруднення атмосфери утворюється парниковий ефект (підвищується температура середовища); забруднення однієї території на нашій планеті призводить до забруднення сусідніх внаслідок міграції забруднень через повітря та ґрунтові води.

Рис. 83. Неперервна діяльність людини в напрямі розвитку різних благ цивілізації приводить до забруднення навколишнього середовища - атмосфери, гідросфери, літосфери і біосфери: а) викиди в атмосферу теплових електростанцій наносить непоправної шкоди усій екосистемі Землі; б) насипи відходів від згоряння палива - терикони - забруднюють прилеглі території; в) викиди від автотранспорту чинять вплив на пішоходів, мешканців найближчих до автошляхів будинків, рослини; г) при спалюванні авіаційного палива літаки викидають в атмосферу вуглекислий газ, ацетилен, метан, бензол та інші шкідливі речовини

2. Транспортні засоби — серйозна загроза для екологічного стану середовища.

Відомо, що автомобіль - не розкіш, а засіб пересування. Без автомобілів існування людства неможливо. Але саме автомобільний транспорт сьогодні став найбільш несприятливим екологічним фактором в охороні здоров’я людини та природного середовища у містах. Внесок автомобілів у забруднення оточуючого середовища складає 60 - 90%.

За оцінками фахівців, щорічні автомобільні викиди в Україні досягають 40 млн. т, серед яких 2, 5 млн. т оксиду карбону, близько 1 млн. т оксидів азоту, 20 млн. т вуглекислого газу, 10 млн. т чадного газу. Концентрації шкідливих речовин у більшості великих міст України перебільшують припустимі норми.

Сьогодні йде боротьба з автомобільною небезпекою. Конструюються фільтри, розробляються нові види палива, які містять меншу кількість свинцю. Але це пов’язане з технічними проблемами. І, навіть, якщо усунути викиди в атмосферу свинцю, все одно залишаться чадний і угарний гази, бензонірен, оксиди азоту тощо. А крім наземного транспорту є ще й водний та авіаційний, які теж працюють на двигунах внутрішнього згоряння і вносять свій негативний внесок у погіршання екологічного стану середовища (рис. 81, г).

3. Які фактори навколишнього середовища особливо небезпечні для здоров’я

людини? Шкідливу дію на організм чинить свинець і його сполуки. У крові людини свинець знижує активність ферментів, порушує обмінні процеси в організмі. Дуже токсичною речовиною є ртуть. При отруєнні парами ртуті спостерігаються розлади центральної нервової системи. Сірчаний газ особливо шкідливий для рослин. Зокрема, саме він викликає пожовтіння та знебарвлення листя дерев. У людини цей газ подразнює дихальні шляхи і може призвести до бронхіту.

Оксид карбону або чадний газ - найбільш небезпечна отрута. Він утворюється при неповному згорянні деревини, природного палива, при спалювання твердих відходів. Чадний газ знижує здатність еритроцитів крові до транспортування кисню.

Оксид азоту окислюється в атмосфері до червоно-бурого кольору, який дуже добре помітний у великих містах. Ця речовина особливо шкідлива для людей, які страждають на емфізему легенів та серцево- судинні захворювання.

Найбільш токсичною речовиною є бензопірен. Він має здатність накопичуватися в організмі людини, що може призвести до виникнення пухлин.

Збільшення концентрації в атмосфері вуглекислого газу є однією з причин глобального потепління, що пов’язане з парниковим ефектом.

Отже, у наш час однією з найважливіших проблем людства є зменшення забруднення атмосферного повітря токсичними речовинами, які виділяються об’єктами теплоенергетики та автомобільним транспортом. Тому необхідно рішуче боротися за збереження екології тієї місцевості, де ви мешкаєте.

Для охорони оточуючого середовища і збереження здоров’я людини широко використовуються різні очищувальні фільтри, які перешкоджають викиданню в атмосферу шкідливих речовин. Удосконалюються конструкції теплових двигунів, підвищується якість палива у напрямі зменшення кількості шкідливих речовин, які воно дає при згорянні. Активно розробляються альтернативні джерела енергії, які використовують вітер, сонячну енергію. Вже налагоджено випуск електромобілів, а також автомобілів, які працюють на сонячній енергії.

Подумайте і дайте відповідь

1. У чому полягає причина забруднення оточуючого середовища при роботі теплових двигунів?

2. До яких наслідків призводить забруднення атмосфери?

3. Які речовини є особливо шкідливими для людини?

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 20.

1. Поясніть, які напрями удосконалення теплових двигунів можуть забезпечити

позитивний ефект.

2. При згорянні 1 кг природного газу утворюється 2, 75 кг вуглекислого газу, а при згорянні 1 кг кам’яного вугілля - 2,34 кг. При цьому для виділення однієї й тієї самої кількості теплоти кам’яного вугілля витрачається в 1,5 рази більше, ніж природного газу. Обчисліть, при згорянні якого палива утвориться більше вуглекислого газу і в скільки разів. Вважайте, що кількість теплоти в обох процесах виділяється однакова.

3. Вміст токсичних викидів у відпрацьованих газах карбюраторного і дизельного двигунів є різний. Зокрема, доля чадного газу при згорянні 1000 л одного й того самого палива у карбюраторного двигуна становить 8%, а у дизельного 0,5 %. Обчисліть масу чадного газу, яку викидають карбюраторний та дизельний двигуни. У скільки разів вміст токсичної речовини СО більший у викидах карбюраторного двигуна порівняно з дизельним? Густина чадного газу 1,25 .

Домашнє експериментальне завдання

Проведіть спостереження за екологічним станом місцевості, де ви мешкаєте. Визначте шкідливі фактори, які спричинюють екологічні проблеми. Які шляхи подолання цих проблем ви можете назвати? Результати спостережень опишіть у робочому зошиті. Зробіть висновки щодо впливу діяльності людини на оточуюче середовище.

Підготуйте повідомлення

Екологічний стан місцевості, де я мешкаю: проблеми і шляхи їх розв’язання

СИСТЕМАТИЗУЙТЕ ЗНАННЯ З РОЗДІЛУ 3.

► Отримання і використання теплової енергії є одним із найголовніших шляхів життєзабезпечення кожної людини та людської цивілізації в цілому. Сьогодні в Україні основними вилами палива є нафта, природний газ і вугілля.

► Горіння - це фізико-хімічний процес з’єднання молекул кисню з речовиною (хімічна реакція окислення). Кількість теплоти, яка вивільнюється при згорянні палива, визначають за формулою. Важливою характеристикою процесу горіння є питома теплота згоряння палива.

► Для перетворення теплової енергії у механічну роботу використовують теплові двигуни. У тепловому двигуні внутрішня енергія газоподібних продуктів згоряння палива перетворюється на механічну енергію, яка приводить у рух механізм.

► ККД теплового двигуна обчислюється за формулою:

де А - корисна робота, яку виконує тепловий двигун; QН - кількість теплоти, отриманої робочим тілом від нагрівника в результаті згоряння палива.

► Конструкція теплової машини передбачає наявність теплового двигуна та з’єднаного з ним передавального механізму. Перша універсальна парова машина була побудована у 1784 р. англійським винахідником Джемом Уаттом. Винайдення парової машини стало початком переходу до машинного способу виробництва.

► Найбільшого поширення у техніці набув чотиритактний двигун внутрішнього згоряння. Залежно від способу приготування та запалення паливної суміші, чотиритактні двигуни внутрішнього згоряння поділяють на два види: карбюраторні (бензинові) та дизельні.

► Основним рушійним елементом на сучасних теплових електростанціях є турбіни. У турбінах приведення механізмів у рух здійснюється за рахунок сили струменя рідини, пари або газу. Залежно від робочого тіла розрізняють парові (пара) та газові (газ) турбіни.

► Повсюдне використання теплових двигунів спричинює забруднення атмосфери, тому необхідно рішуче боротися за збереження екології тієї місцевості, де ви мешкаєте. В умовах паливної кризи необхідно

дбати про збереження тепла, що сприятиме економії палива та матеріальних ресурсів.

НАВЧАЛЬНИЙ ПРОЕКТ

Унікальні фізичні властивості води

Мета проекту

Обгрунтувати необхідність дослідження властивостей води як речовини, що відіграє виключно важливу роль у житті на Землі. Охарактеризувати воду як об’єкт дослідження і пояснити, у чому полягає його складність. Експериментально дослідити деякі фізичні властивості води. Усвідомити основну екологічну проблему сучасності - зменшення кількості води на Землі та зниження її якості. Ознайомитись із внеском українських учених у дослідження властивостей води.

Знання з яких навчальних предметів будуть необхідні при роботі над проектом?

1. Фізика. 2. Природознавство. 3. Хімія. 4. Географія. 5. Біологія. 6. Трудове навчання.

Орієнтовні напрями роботи над проектом Теоретична частина проекту:

1. Вода - одна з найбільш поширених у природі сполук (оксид водню). Склад гідросфери Землі. Сучасні уявлення про світовий кругообіг води у природі та його величезне значення. Вплив діяльності людини на порушення кругообігу води у природі.

2. Роль води у геологічній історії Землі, у формуванні її рельєфу, погоди та клімату. Вода у міжзоряному просторі, на планетах та інших небесних тілах Сонячної системи. Чому дослідження води на кометі Чурюмова-Герасименко спростовує гіпотезу про те, що вода на Землю була занесена з комети?

3. Вміст води в організмі людини в цілому та в окремих його тканинах. Роль води у реакціях обміну речовин. Водний баланс в організмі людини як основа його функціонування. Вода - основний компонент більшості рослинних клітин і тканин.

4. Складність води як предмету дослідження. Основна проблема дослідження води - встановлення взаємозв'язку між структурою і властивостями води. Фізичні властивості води та їх особливості. Чому і сьогодні наука ще далека від повного розуміння природи багатьох явищ, що відбуваються з водою?

5. Забруднення водних ресурсів - головна екологічна проблема сьогодення. Вплив техногенних чинників на склад природних вод. Чим визначається якість води та як вона перевіряється? Показники якості питної води. Що таке артезіанська вода? Фільтрація води та інші способи її очищення.

6. Стрімкі темпи споживання води на Землі. Скороченні кількості води та зниження її якості. Пошук шляхів раціонального використання вод та їх охорони - важлива проблема сучасності.

7. Внесок учених Інституту колоїдної хімії та хімії води імені А. В. Думанського Національної академії наук України у дослідження структури і властивостей води, створення нових ефективних методів очищення природних і стічних вод від забруднень, розробку нових методів оцінки якості води.

Експериментальна частина проекту:

1. Користуючись географічним картами областей України, довідниками, мережею Інтернет, оцініть наближено, який відсоток від загальної площі нашої країни складають її водні ресурси. Зробіть висновок щодо необхідності збереження і охорони запасів води.

2. Запропонуйте і реалізуйте метод дослідження теплопровідності води. Зробіть висновок: теплопровідність води низька, висока. У яких випадках це важливо знати?

3. Перевірте дослідним шляхом особливості зміни об'єму води при переході її у твердий стан (для сталої маси води). Зробіть висновки щодо незвичайної властивості, яку при цьому виявляє вода.

4. Підтвердіть або спростуйте за допомогою досліду твердження про те, що гаряча вода на морозі замерзає швидше, ніж холодна.

5. Дослідним шляхом перевірте, які тверді речовини розчиняються у воді, а які не розчиняються. Зробіть висновки щодо властивостей води як розчинника.

6. Розробіть метод визначення густини води. Використовуючи роз

роблений метод, визначте з точністю до тисячної долі густину різних видів води: кип’яченої, водопровідної, газованої, солоної, дощової (або талої), ґрунтової (з річки або ставка). Зробіть висновок щодо впливу домішків на густину води.

7. Дослідіть та опишіть кругообіг води у вашому місті (районі, районному центрі, селі). Яка у вашому місті система водозабору та підготовки води до використання? Яка система очищення забрудненої води? Виконайте схему кругообігу води у вашому місті. Зробіть висновок щодо ефективності охоронно-природних заходів, які вживаються місцевою адміністрацією.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити