Тепловые машины и охрана окружающей среды
Урок - конференция «Тепловые машины и охрана окружающей среды»
“Нельзя допускать, чтобы люди направляли на свое собственное уничтожение те силы природы,
которые они сумели открыть и покорить”.
Ф. Жолио-Кюри.
Цели конференции:
- обобщить знания учащихся о современных транспортных средствах, выяснить роль тепловых и других двигателей в жизни мирового сообщества;
- раскрыть сущность связанных с ними экологических проблем;
- убедить учащихся в жизненной важности бережного отношения к окружающей нас природе.
Учитель «Однажды великого мыслителя Сократа спросили о том, что, по его мнению, легче всего в жизни. Он ответил, что легче всего - поучать других, а труднее – познать самого себя.
На уроках физики мы говорим о познании мира. Как мы воспринимаем мир? Как мыслители? Или как художники?
В мире множество людей: есть мыслители, художники, а большинство из нас - гармонически развитые личности, которым свойственно логическое и образное мышление. И сегодня на уроке мы остановимся на роли тепловых машин в жизни человека. Обратимся к плану урока
План урока:
Виды транспорта Тепловые двигатели и их значение Влияние транспорта на окружающую среду. Пути решения экологических проблем:а) создание новых двигателей,
б) разработка средств защиты атмосферы и гидросферы (получение добавок, способствующих более полному сгоранию топлива, создание эффективных фильтров и т. д.) Состояние экологических проблем и природоохранные меры, принимаемые в России.
Реализация плана урока:
1.После первого выступления учащиеся заполняют первый столбец таблицы «Вид транспорта» и второй столбец таблицы «Вид двигателя»
Таблица к уроку
Вид транспорта | Вид двигателя |
Автомобильный | Поршневой ДВС (карбюраторный и дизельный) |
Железнодорожный | Дизельный, электрический |
Водный | ДВС, паровая турбина |
Воздушный | Поршневой, реактивный, турбореактивный |
После третьего выступления учащиеся должны выделить основные экологические проблемы, которые несет транспорт. После четвертого выступления учащиеся должны выделить пути решения экологических проблем. Учащиеся по группам выдвигают предложения для жителей села по улучшению экологической обстановки и от школы пишут общее обращение к жителям села.
(Выступление 1 ученика )
Виды транспорта. Современный транспорт представляет собой единую (в социально-экономическом отношении) транспортную систему, включая мощную сеть железнодорожных, морских, речных, автомобильных, воздушных, трубопроводных городских и промышленных коммуникаций. Перемещая ежегодно миллиарды тонн сырья, топлива, материалов, продукции, а также многие миллиарды пассажиров с достаточно высоким уровнем комфорта и скорости, современный транспорт обеспечивает массовое индустриальное производство, глубокое разделение труда, внутреннюю и внешнюю торговлю, способствует развитию культуры и науки. В едином народнохозяйственном комплексе транспорт занимает особое место. Он является одной из отраслей, формирующих инфраструктуру народного хозяйства, призванного удовлетворять постоянно растущие потребности общества в пространственном перемещение вещественных продуктов труда и людей.
В новых условиях, когда необходимо добиться материальной сбалансированности экономики, ритмичности работы всего народного хозяйства, роль транспортного звена, взаимосвязанного со всеми материальными отраслями и непроизводственной сферой приобретает особую значимость. Общество предъявляет к транспорту конкретные и весьма ответственные требования: полное, своевременное и высококачественное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках. Очень важно максимально использовать резервы и возможности всех видов транспорта, рационально перераспределять между ними перевозки. Основными видами транспорта в РФ являются железнодорожный, автомобильный, авиационный, трубопроводный, морской и речной. Каждый из данных видов транспорта выполняет в рамках транспортной системы России определенную функцию в соответствии со своими технико-экономическими особенностями, провозной способностью, географическими и историческими особенностями развития. В различных видах транспорта используются различные ДВС. Так железнодорожный транспорт движется за счет электродвигателя и дизеля, водный за счет паровой турбины, автомобильный – карбюратора и дизеля. Воздушный транспорт использует поршневой, реактивный и турбореактивный двигатели.
Учитель: Многие более или менее стараются ознакомиться с устройством техники, принципами работы, неисправностями и их устранением. Но мало кто задумывается об истории создания двигателя и техники, где они применяются, тем более, о людях, создавших все это. Давайте, послушаем о значении тепловых двигателей.
(Выступление 2 ученика) Тепловые двигатели и их значение. Двигатель – машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. Существует разные виды тепловых двигателей:
- паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, газовая и паровая турбина, реактивный двигатель.
Различные по конструкции и назначению паровые машины разработали: Севери (англичанин), Ньюкомен (англичанин), Папен (француз), (русский), Уатт (англичанин). Большое значение для развития науки и техники имело изобретение Уатта, которое совпало по времени с бурным развитием промышленности в Англии. Изобретение паровой машины сыграло огромную роль в переходе к машинному производству. Недаром на памятнике Уатту написано: «Увеличил власть человека над природой».
Двигатель внутреннего сгорания был изобретен в 1860 г, французским механиком Ленуаром. Свое название он получил из–за того, что топливо в нем сжигалось внутри цилиндра двигателя.
В 1880-х гг. в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель. В 1897 немецкий инженер Р. Дизель, работая над повышением эффективности ДВС предложил двигатель с воспламенением от сжатия. Усовершенствование этого ДВС на заводе Л. Нобеля в Петербурге (ныне «Русский дизель») в 1898-1899 позволило применить в качестве топлива нефть. В результате этого ДВС становится наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. В 1901 в США был разработан первый трактор с ДВС Дальнейшее развитие автомобильных ДВС. позволило братьям Райт построить первый самолёт с ДВС, начавший свои полёты в 1903. В том же 1903 русские инженеры установили ДВС на судне «Вандал», создав первый теплоход. В 1924 по проекту в Ленинграде был создан первый удовлетворяющий практическим требованиям поездной тепловоз./ Огромное значение имели паровые двигатели до середины XX века, так как были основными на железной дороге. Сегодня там большее распространение получили дизельные двигатели, то есть ДВС. Мощные паровые турбины используются и на водном транспорте, и на всех АЭС, где для получения пара высокой температуры используют энергию атомных ядер. Паровые турбины установлены и на ТЭЦ, которые вырабатывают более 80% энергии для страны. Именно паровые турбины приводят в движение роторы генераторов электрического тока. С момента их изобретения тепловые двигатели стали играть большую роль в жизни и деятельности человека. Так, ДВС широко используются в автомобильном транспорте: их устанавливают на автомашинах, мотоциклах, мопедах, грузовых автомобилях. Кроме автотранспорта, ДВС используют на железнодорожном транспорте, в легкой авиации, в бензопилах, газонокосилках, на различном сельскохозяйственном оборудовании, тракторах, комбайнах. Этот вид двигателей хорош своей сравнительно высокой мощностью при относительно небольших размерах.
(Выступление 3 ученика) В нашем современном мире прогрессивным и перспективным видом тепловых машин является реактивный двигатель. Разработчиком электрореактивных двигателей был Валентин Петрович Глушко. Тепловые машины широко используют на производстве и в быту. 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. Преимуществом РД перед паровыми и ДВС является высокий КПД, до 60%. Следовательно, РД целесообразно устанавливать на авиационном и космическом транспорте. РД позволяют развить высокую скорость. Таким образом, тепловые двигатели играют положительную роль в жизни и развитии человечества, находят широкое применение в транспорте, торговле, выработке электроэнергии, исследовании космоса и планет.
Учитель: Из услышанного можно сделать вывод, что ТД играют положительную роль в жизни человека. Что тогда же плохо? Послушаем следующего выступающего.
(Выступление 4 ученика) ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ РОЛЬ ТЕПЛОВЫХ МАШИН
Для улучшения своего благосостояния человек изобретает не только машины. Качественно изменяется химическое воздействие человека на биосферу вследствие синтеза новых веществ, рассеивания загрязнений на огромные территории. Многократно превышается выработка тепла за счет сжигания горючего.
Человек долго использовал двигатель внутреннего сгорания, не зная о его отрицательном взаимодействии на человека, животных, растения. Лишь в последнее время это отрицательное воздействие заметили и начали с ним бороться. Основными загрязнителями атмосферы являются машины, особенно грузовики. Количество и концентрация вредных веществ в выхлопах зависят от вида и качества топлива. В основном это такие вещества, как углекислый газ, угарный газ, оксиды азота, кадмий, серный ангидрид, сернистый ангидрид, свинец, хлор, и некоторые его соединения. Эти вещества отрицательно воздействуют на человека, животных, растения и вызывают глобальные изменения в биосфере.
Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87 % общей эмиссии свинца по различным оценкам. При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5 - 0,85 кг оксидов свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта - отказ от использования этилированных бензинов. По данным 1995г. 9 из 25 нефтеперерабатывающих заводов России перешли на выпуск неэтилированных бензинов. В 1997 году доля неэтилированного бензина в общем объеме производства составила 68%. Однако, из-за финансовых и организационных трудностей полный отказ от производства этилированных бензинов в стране задерживается.
Учитель: выделить основные экологические проблемы, которые несет транспорт.
Загрязнение атмосферного воздуха свинцом; Выброс вредных веществ в атмосферу при сжигании топлива; Глобальное изменение климата Земли.Учитель: сегодня мы рассмотрим, какую роль играет автомобиль.
(Выступление 5 ученика) Рассмотрим частный случай – автомобиль. Да, человек не мыслит сейчас своего существования без автотранспорта, но если посмотреть на это удобство с другой точки зрения, то количество выбрасываемых автомобилем продуктов сгорания заставляет ужаснуться. Автомобили на сегодняшний день в России - главная причина загрязнения воздуха в городах. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. В России автомобиль имеет каждый десятый житель, а в больших городах - каждый пятый, в нашем поселке - каждый третий (число жителей поселка 7820 человек, а транспорта – 2480 единиц); 32 семьи имеют машин больше одной. Автомобили выбрасывают в атмосферу диоксид и оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, бензол, бензопирен, сажу (всего около 300 различных токсичных веществ). При истирании автомобильных шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, вредной для здоровья человека. Автомобиль расходует огромное количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года. С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги. На свалках скапливаются изношенные шины, ржавые корпуса. Впрочем, старые кузова автомобилей можно увидеть и во дворах и на пустырях.
Доля автотранспорта во вредных выбросах в атмосферу доходит до 60%. Ежегодно с отработанными газами в окружающую среду попадает 800 тысяч тонн токсических веществ. Всего по России на долю автомобильного парка приходится свыше 20 млн. тонн выбросов в год. Выхлопные газы ДВС вызывают 70% детских болезней. Медики считают, что болезни человечества на 68% вызваны вдыханием отравленного воздуха. Так, заболевание раком на 60-80% зависит от состояния окружающей среды.
Учитель: была проведена исследовательская работа
Исследовательская работа
Загрязнение воздуха выхлопными газами автотранспорта.
Цель: определить количество выхлопных газов, поступающих в атмосферу от автомашин.
1. Выбрали участок автодороги, расположенный по улице Ленина
2. Подсчитали, сколько машин проехало по автодороге за 15 минут грузовых, легковых:
- грузовых машин – 23 легковых - 102
Хим. соединения | Грузовые | Легковые |
m(СО) г/мин | 4,59 | 42,53 |
m(СО2) г/мин | 54 | 263,7 |
m(НО2) г/мин | 0,27 | 2,43 |
m(сажи) г/мин | 297 | 48,6 |
Масса (г) | 355,86 | 357,26 |
Из таблицы видно, что за 15 минут в окружающую среду выделяется 713,12 г токсичных продуктов. Нетрудно подсчитать, что в сутки выбрасывается 68,5 кг.
2.Участок автодороги на переезде (возле АЗС)
Подсчитали, сколько автомашин останавливается при закрытом шлагбауме:
легковых – 36
грузовых - 5
2. Автомобили простояли у закрытого шлагбаума 25 минут, все это время двигатели машин работали, на улице была температура -21єС.
3. Используя данные таблицы, определили, какое количество выхлопных газов в среднем поступает в атмосферу за 25 минут на переезде в зимнее время при t = - 21єС
Хим. соединения | Грузовые | Легковые |
m(СО) г/мин | 2,125 | 31,5 |
m(СО2) г/мин | 25 | 195,3 |
m(НО2) г/мин | 0,125 | 1,8 |
m(сажи) г/мин | 137,5 | 36 |
Масса (г) | 164,75 | 264,6 |
(Беседа с сотрудником ГИБДД)
Сотрудник ГИБДД: Снижению вредных выбросов автомобилей способствует:
1) Равномерное движение машин на улицах, ликвидация заторов, сокращение задержек транспорта на перекрестках. Большую роль в этом играет светофор. Благодаря светофору автомобили меньше простаивают на перекрестках, вхолостую расходуя горючее и загрязняя воздух отработанными газами.
2) Предельная скорость движения в поселке установлена не 80 и не 50 а 60 км/ч, т. к. при этой скорости происходит минимум вредных выбросов.
3) Важен вывод из поселка в объезд грузовых транзитных потоков.
4) В некоторых городах России есть микрорайоны, куда въезд автотранспорта предельно ограничен и где люди ходят только пешком. Жаль, но в нашем поселке таких микрорайонов нет.
5) Каждый водитель должен знать, что причины “дымления” автомобилей следующие: неисправность двигателя, неотлаженность систем питания и зажигания.
Если все автомобильные двигатели будут правильно отрегулированы, то выброс вредных веществ в атмосферу уменьшится в 5-6 раз. Нежелание лишний час покопаться в двигателе приводит к тому, что автомобиль неделями, а то и месяцами “ развозит” по улицам ядовитый чад.
Плохо накаченные шины не только быстрее изнашиваются, но и увеличивают сопротивление движению, а значит, сжигается больше горючего.
Неумелое поведение водителя за рулем: неправильный выбор скорости движения, резкие разгоны и торможения, превышения установленной скорости, увеличение частоты вращения на холостом ходу - все это приводит к загрязнению атмосферы. Значит, нужна разъяснительная работа среди водителей.
6) Для контроля за техническим состоянием автомобилей есть диагностические станции: “ВАЗ-сервис”, “ГАЗ-сервис” и др. Такие диагностические станции должны иметь транспортные предприятия, но в наше время это многим не по карману.
Вывод:
В наше время люди, принимающие ответственные технические решения, должны владеть основами естественных наук, быть экологически грамотными, осознавать свою ответственность за действия и понимать, какой вред они могут принести природе.
Считаем, что автомобиль необходим при грамотном их техническом применении.
Учитель: Итак… Что можно сказать о значении и применении тепловых машин?
(Выступление ученика) Заключение
В наше время люди, принимающие ответственные технические решения, должны владеть основами естественных наук, быть экологически грамотными, осознавать свою ответственность за действия и понимать, какой вред они могут принести природе. Научно-технический прогресс, с одной стороны, облегчает труд и жизнь человека, с другой – приводит к ухудшению экологической обстановке на планете. Темпы его в настоящее время таковы, что природа сама восстанавливаться и тем самым поддерживать необходимые для всего живого, в том числе и для человека, условия жизни не может. По нашему мнению автомобиль в жизни и деятельности современной цивилизации просто необходим. Но каждый, принимая решение о приобретении автомобиля, обязан выбрать ту модель, которая соответствует техническим требованиям обеспечения безопасности окружающей среды. А при пользовании транспортом содержать его в исправном техническом состоянии (во время проходить техосмотр, при движении соблюдать скоростной режим) обеспечивая тем самым минимальное загрязнение окружающей среды. Каждый водитель должен знать, что причины “дымления” автомобилей следующие: неисправность двигателя, не отлаженность систем питания и зажигания. Если все автомобильные двигатели будут правильно отрегулированы, то выброс вредных веществ в атмосферу уменьшится в 5-6 раз.
Необходимо, чтобы каждый житель нашей планеты осознал, что экологическая угроза исходит не от человечества вообще, а от каждого конкретного человека, то есть от нас с вами. Необходимо экологическое просвещение всех слоев общества и создание природоохранного законодательства. Ключевым моментом в борьбе является поиск грамотных и действенных научно-технических решений. Экология должна быть неотъемлемой частью подготовки любого специалиста в области техники, естественных наук, медицины, экономики и даже гуманитарных наук. Человек должен понять, что жизнь на Земле зависит от его отношения к природе, от гармонии между ними. Важнейшей задачей человечества является охрана окружающей среды. Поэтому всем вам необходимо задуматься над вопросом: автомобиль – это добро или зло? Решение этой проблемы в первую очередь зависит от нас с вами.
Заключительное слово учителя:
- Негативные последствия тепловых двигателей:
- выброс излишней тепловой энергии в атмосферу
- выброс вредных веществ в атмосферу
- при росте мощностей электростанций требуется большое количество пресной воды.
- Способы преодоления негативных последствий воздействия тепловых двигателей на окружающую среду:
- создание новых моделей двигателей и катализаторов отработанных газов (стандарты ЕВРО-3 и ЕВРО-4)
- создание серийных двигателей, работающих на других видах жидкого топлива (спирты)
- создание серийных двигателей, работающих на водородном топливе
-для экономии земельных площадей и водных ресурсов строительство атомных электростанций.
Наша беседа показала, что при развитии автотранспорта нужны знания как по физике, так и по химии. Базируясь на них, можно разработать мероприятия по снижению токсичности автотранспорта на региональном, государственном и международном уровнях. В частности, они нужны для выполнения стандартов Единой комиссии ООН по экологии автотранспорта, которые наша страна обязалась выполнять по Женевскому соглашению 1986 года. Прежде всего необходимо, чтобы каждый житель нашей планеты осознал, что экологическая угроза исходит не от человечества вообще, а от каждого конкретного человека, то есть от нас с вами. Необходимо экологическое просвещение всех слоев общества и создание природоохранного законодательства. Ключевым моментом в борьбе является поиск грамотных и действенных научно-технических решений. Экология должна быть неотъемлемой частью подготовки любого специалиста в области техники, естественных наук, медицины, экономики и даже гуманитарных наук
Какие предложения будут у нас к жителям нашего поселка?
Не уничтожать лесопарковую зону; Обратиться к руководству, найти деньги для объезда грузовых транзитных потоков; Все водители автомобилей должны соблюдать скоростной режим, грамотно технически использовать свой автомобиль; Делать посадки деревьев: Каждый человек в ответе за состояние земной природы перед будущим!Литература
Энциклопедия для детей «Аванта +»; «Техника» том 14 [308 – 395] Экология. Энциклопедия для детей, М.: «Просвещение», 1981г. [269-278]. На важных направлениях научно - технического прогресса. [Текст]; Физика в школе,- научно-методический журнал/ «школа-Пресс»; №6 1998г.[5-7]. Формирование и развитие основ исследовательского творчества учащихся [Таблица]; Биология в школе,- научно-методический журнал/ «школа-Пресс»; № 1. 2006г.[7]. , . Физика. Учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений Москва «Просвещение» 2000 [118-124] , . Физика. Учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений Москва «Просвещение» 2005 [98-100]