Влияние автомобилей на экологическую обстановку

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования науки Алтайского края

КГБПОУ «Славгородский аграрный техникум»

Реферат

ВЛИЯНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ НА ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ ОБСТАНОВКУ

Выполнил: Кулаев Александр Сергеевич

Руководитель: Олешко Анатолий Анатольевич

Славгород 2017

CОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ

2. КПД ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

3. ИЗ ИСТОРИИ ДВС

4. ОЦЕНКА КОЛИЧЕСТВА ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХ ОТ АВТОТРАНСПОРТА

5. ПУТИ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ, ПРОБЛЕМЫ СВЯЗАННОЙ С АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Тема «Автомобили и природа» остается актуальной, в связи с экологической проблемой, связанной с большим количеством выбросов в атмосферу основных загрязнителей а загрязнение окружающей среды приводит к:

· изменению климата,

· снижению урожайности,

· разрушению озонового экрана,

· ускоренному разрушению объектов,

· истощению и утрате природных ресурсов,

· видоизменению ландшафтов и пейзажей,

а это, в свою очередь, приводит к ухудшению здоровья и социально - экономического благополучия человека.

В своей работе я пытаюсь найти звено между эксплуатацией автомобильного транспорта и экологией, посредством своих исследований.

Цель работы.

1. Оценить выброс вредных веществ в зависимости от горючего.

2. Рассчитать количество выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта на участке дороги проспекта Комсомольский.

3. Показать всевозможные пути решения экологической проблемы, связанной с автомобильным транспортом.

Гипотеза

Я считаю, что выброс вредных веществ и их количество зависит от видов горючего и отрицательно сказывается на здоровье и социально - экономическом благополучии человека.

В настоящее время в мире около миллиарда штук автомобилей. В среднем каждый из них выбрасывает в сутки 3,5-4 кг угарного газа, значительное количество оксидов азота, серу, сажу. При использовании этилированного (с добавлением свинца) бензина этот высокотоксичный элемент попадает в выхлопы. «Вклад» автомобильного транспорта в загрязнение атмосферы составляет сегодня в большинстве регионов России не менее 30%. Автомобили используют кислород атмосферы, для них ежегодно расширяют сеть дорог с твердым покрытием, которые густой сетью опутывают планету. Содержание таких дорог требует очень больших затрат энергии.

Автомобили расходуют огромное количество топлива. А его источники исчерпаемы, и их осталось на земле не так уж и много. Особенно быстро тают запасы нефти, из которой получают бензин. Кроме того, при добыче нефти, ее транспортировке и переработке на нефтеперерабатывающих предприятиях загрязняются почвы, воды и атмосфера.

Автотранспорт является одним из основных загрязнителей атмосферы оксидами азота NOX (смесь NO и NO2), угарным газом (оксидом углерода (II), CO) и сажей, содержащихся в выхлопных газах (в основном при неотрегулированном двигателе и в режиме прогрева). Доля транспортного загрязнения воздуха составляет более 60% по СО и более 50% по NOx от общего загрязнения атмосферы этими газами.

Концентрация угарного газа в выхлопе составляет 0,3-10 % об., углеводородов (несгоревшее топливо) - до 3 % об., оксидов азота - до 0,8 %. Исходными данными для расчета количества выбросов являются: количество единиц автотранспорта разного типа, проезжающих по выделенному участку автотрассы в единицу времени, и нормы расхода топлива (табл. 1).

Таблица 1 - Исходные данные по автомобилям

Эмпирические коэффициенты К, определяющие выброс вредных веществ в зависимости от вида горючего, приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Коэффициент выброса вредных веществ

Коэффициент численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента, в литрах, при сгорании в двигателе автомашины количества топлива, равного удельному расходу Yi .

1. ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ

До конца XVII - начала XVIII в. Человек не построил никаких двигателей, кроме ветряного и водяного колеса. Созданием новых двигателей люди в те времена не занимались потому, что все хозяйство держалось на рабах, а позже, в средние века, на крепостных, которые выполняли почти всю работу, необходимую для жизни общества.

Но вот в городах начали зарождаться первые ремесленные цехи, а позднее более крупные производства - мануфактуры, где труд был разделен на отдельные несложные операции. Поскольку простую операцию быстрее и лучше может выполнить машина, появляются различные машины и станки, приводимые в движение от водяного колеса. На смену мануфактурам приходят фабрики и заводы. Для изготовления машин и станков требовалось много металла. Чтобы плавить металл, необходимо топливо. Сначала использовались дрова, а затем и каменный уголь, который нужно было добывать из глубоких шахт.

Но как приводить в действие машины, если вблизи от завода нет реки? Как откачать воду из шахты и спасти ее от затопления? Чем заменить лошадей, доставляющих уголь и руду с шахт и рудников к плавильным печам? Как, наконец, кораблям, перевозившим сырье для фабрик и вырабатываемые ими товары, избавиться от парусов и не зависеть от воли ветра? Требовался такой двигатель, который мог бы выполнить всю эту работу, не будучи связанным с водой и не зависящим от погоды. Новый двигатель должен был быть универсальным, т. е. приводить в действие самые разнообразные машины. Нужны были двигатели различной мощности, которые устроили бы владельцев небольших мастерских и хозяев крупных фабрик и заводов, рудников, шахт. Новый двигатель должен был работать за счет нового источника энергии, который нетрудно доставить в любое место и в любое время года. И поскольку двигатель собирались ставить на транспортные машины, то он должен был иметь небольшие размеры и вес и работать от источника энергии, который находился бы тут же, на машине. И человек такой двигатель построил. Это был тепловой двигатель, точнее, тепловые двигатели, поскольку всем требованиям один двигатель удовлетворить не может.

Рождение тепловых двигателей было нелегким. Много изобретателей в разных странах работали над их созданием, много было побед и разочарований, но каждый и них в большей или меньшей мере внес свой труд в создание новых двигателей, появление которых совершило целый переворот в жизни человечества.

Тепловые двигатели играют важную роль и в наше время. Но очень широко применяют и электродвигатели. Возникает вопрос: нельзя ли везде и всегда применять только электродвигатели? Ведь они могут иметь самую различную мощность, просты в обслуживании, имеют высокий КПД и приводятся в движение дешевой электроэнергией. Нет! Для того чтобы выработать электроэнергию, нужно вращать ротор генератора электрического тока с помощью какого-либо двигателя - первичного. В первичных двигателях энергия топлива, воды, ветра, т. е. природных источников, преобразуется в механическую. Таким образом, тепловые двигатели - паровая машина и турбина, двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели - являются двигателями первичными, а электродвигатели работают в результате действия первичных двигателей и являются двигателями вторичными.

Без тепловых двигателей невозможно представить себе ни жизнь современного общества, ни жизнь людей в будущем.

2. КПД ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

выброс автотранспорт вредный экологический

В 1824 г. в Париже была издана небольшая по объему книга «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Ее автор - французский инженер Сади Карно. Уже в 18 лет он стал инженером. С. Карно любил и умел обобщать известные ему разрозненные факты. Как инженер, он хорошо знал поршневые паровые машины, но задумался над тем, каковы общие законы, которым подчиняются любые тепловые двигатели, и как сделать, чтобы они потребляли меньше топлива, т. е. как повысить их КПД.

Карно пришел к выводу, что каждый тепловой должен иметь нагреватель, температура которого рмп высока, и холодильник, температура которого значительно ниже температуры нагревателя. В таком двигателе должен находиться пар (или газ) - рабочее вещество, способное изменять объем при нагревании и охлаждении. Рабочее вещество получает от нагревателя количество теплоты Q1, часть которой идет на совершение полезной работы, когда рабочее вещество, расширяясь, перемещает поршень в цилиндре, а часть теплоты Q2 оно отдает холодильнику.

В книге Карно описал круговой тепловой процесс (цикл), работая по которому тепловой двигатель имел бы наибольший КПД. Карно делает вывод, что чем выше температура нагревателя и чем ниже температура холодильника, тем больше КПД тепловой машины. Этот вывод положил начало новой науке о теплоте - термодинамике. Изобретатели получили возможность не «на ощупь», а сознательно приблизить работу реального теплового двигателя к идеальному (но недостижимому!) циклу, рассмотренному Карно. Законы, открытые Карно, легли в основу совершенствования всех тепловых двигателей.

Теперь объяснена важная особенность работы тепловых двигателей: не все количество теплоты, полученное рабочим веществом от нагревателя, превращается в механическую энергию, часть его обязательно отдается холодильнику. Поделать, чтобы холодильнику «не досталось» теплоты, все равно, что пожелать, чтобы все беспорядочно движущиеся молекулы газа или пара в цилиндре двигателя вдруг полетели бы в одном направлении - к поршню, а после столкновения с ним имели бы скорость, равную нулю, т. е. отдали бы поршню всю свою кинетическую энергию. Но и этого мало. Нужно, чтобы и потенциальная энергия взаимодействия молекул обратилась бы в ноль. Ни то, ни другое не возможно. Следовательно, внутренняя энергия рабочего вещества не может полностью переходить в механическую энергию движения механизмов, а КПД тепловых двигателей не может быть равным 100%. Но повышать его можно и нужно, путь к этому указал Карно: надо увеличивать температуру нагревателя и понижать температуру холодильника. Борьба за повышение КПД тепловых двигателей имеет громадное народнохозяйственное значение.

3. ИЗ ИСТОРИИ ДВС

Идея создания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) родилась еще в XVII веке и принадлежит французскому изобретателю Дени Папену. Он задумал заставить пушку совершать полезную работу. Вместо ствола пушки Д. Папен решил поставить вертикальный цилиндр с поршнем внутри. К поршню прикрепляли шнур, перекинутый через блоки. Во время испытаний к свободному концу шнура привязали гирю; впоследствии Папен собирался соединить его с поршнем насоса для откачивания воды из шахт. В днище цилиндра находилась выдвижная полочка, на которую насыпался порох, поджигаемый фитилем. Взрыв пороха подбрасывал поршень вверх, при этом открывалось окно и пороховые газы с большой скоростью выходили наружу. Затем цилиндр снаружи охлаждали водой, и в нем создавалось разряжение. Под действием атмосферного давления поршень опускался вниз, а гиря, привязанная к концу соединенного с ним шнура, поднималась. Так представлялась Папену работа новой машины, но уже при первом испытании она была разрушена взрывом. У изобретателя не было средств, чтобы машину сделать заново. Он обращался за помощью к королю, но получил отказ.

В течение долгого времени идея создания двигателя, сжигающего топливо внутри цилиндра, была забыта. широкое распространение получила паровая машина. Но она была дорогой и громоздкой. Владельцы мелких мастерских и фабрик хотели иметь другой двигатель, не нуждающийся в паровом котле. В середине XIX в. Научились получат новое топливо - светильный газ. Тогда - и вспомнили идею Папена. Но первые попытки создать ДВС, работающий на светильном газе, были неудачны.

Французский изобретатель Ленуар применил для зажигания газовой смеси в цилиндре двигателя электрическую искру. В 1860г. Ленуар взял патент на свой двигатель. По конструкции он почти ничем не отличался от паровой машины, но в цилиндр поступал не пар, а смесь светильного газа с воздухом, поджигаемая искрой. Продукты сгорания выпускались в атмосферу.

В истории ДВС начался новый этап - борьба за повышение его КПД. На помощь практике пришла теория.

Изучая труд Карно, основателя науки о тепловых машинах, французский инженер Бо де Роша пришел к выводу, что газ в цилиндре перед сжиганием надо сжать. В двигателе Ленуара продукты сгорания выходят из цилиндра при слишком высокой температуре. Бо де Роша придумал схему рабочего цикла нового двигателя - четырехтактного. Свои идеи Бо де Роша изложил в книге, вышедшей в 1862г. , но экспериментальной машины строить не стал.

Немецкий механик - самоучка Николай Отто в 1878 г. создал первый двигатель, работающий по четырехтактному циклу и имеющий КПД 22%.На Всемирной выставке в Париже он был награжден Большой золотой медалью. Этот двигатель нашел применение во многих странах. Он проложил дорогу новым ДВС.

В 1885г. Даймлер получил патент на применение бензинового двигателя на транспорте и построил первый автомобиль. Он имел хорошую по тем временам скорость - 18 км/ч. Так ДВС проник на транспорт.

В 1892г. Р. Дизель получил патент на двигатель, в котором рабочий процесс отличался рядом особенностей: в цилиндре сжимался только воздух, причем очень сильно; от сильного сжатия температура воздуха возрастает настолько, что при впрыскивании в цилиндр топлива оно воспламеняется; образовавшиеся газы производят рабочий ход поршня. Такой двигатель способен был работать без карбюратора и запального устройства, расходуя меньше топлива, чем все известные до того времени тепловые двигатели. Топливом могли быть и бензин, и керосин, и, как думал Дизель, угольная пыль. Последнее устраивало немецких промышленников, которые финансировали работу Дизеля. Ведь известно, что Германия располагает запасами угля, но не имеет нефти. Но заставить двигатель работать на угольной пыли не удалось. Построенный в 1897г. двигатель работал на керосине и имел высокий КПД - 25%. Его стали называть дизель - мотором или просто дизелем.

С момента своего появления ДВС совершали триумфальное шествие во всем мире. КПД карбюраторных авиационных двигателей ныне доведен до 30%, а стационарных дизелей - до 36%.

Современный четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания изображен на рисунке 1.

Поршни, находящиеся внутри цилиндров двигателя, соединены с коленчатым валом 1. На этом валу укреплен тяжелый маховик 2. В верхней части каждого цилиндра имеется два клапана: один из них называется впускным, другой - выпускным. Через первый горючая смесь попадает в цилиндр, а через второй продукты сгорания топлива уходят наружу.

Рисунок 1 - Разрез ДВС

Принцип действия одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания иллюстрирует рисунок 2.

1-й такт - впуск. Открывается клапан 1. Клапан 2 закрыт. Движущийся вниз поршень 3 засасывает в цилиндр горючую смесь.

2-й такт - сжатие. Оба клапана закрыты. Движущийся вверх поршень сжимает горючую смесь. Смесь при сжатии нагревается.

3-й такт - рабочий ход. Оба клапана закрыты. Когда поршень оказывается в верхнем положении, смесь поджигается электрической искрой свечи 4. В результате сгорания смеси образуются раскаленные газы, давление которых составляет 3-6 МПа, а температура достигает оС. Сила давления этих газов толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик будет вращаться дальше по инерции, обеспечивая тем самым перемещение поршня и при последующих тактах.

4-й такт - выпуск. Открывается клапан 2. Клапан 1 закрыт. Поршень движется вверх. Продукты сгорания топлива уходят из цилиндра и через глушитель выбрасываются в атмосферу.

Рисунок 2 - Принцип действия одноцилиндрового ДВС

Мы видим, что в одноцилиндровом двигателе полезная работа совершается лишь во время третьего такта. В четырехцилиндровом двигателе поршни укреплены таким образом, что во время каждого из четырех тактов один из них находится в стадии рабочего хода. Благодаря этому коленчатый вал получает энергию в 4 раза чаще. При этом увеличивается мощность двигателя и в лучшей степени обеспечивается равномерность вращения вала.

Частота вращения вала у большинства двигателей внутреннего сгорания лежит в пределах от 3000 до 7000 оборотов в минуту, а в некоторых случаях достигает 15000 оборотов в минуту и более.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания сыграло огромную роль в автомобилестроении. Первый автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания был создан в 1886г. Г. Даймлером. В том же году, но чуть позже появился трехколесный автомобиль К. Бенца. громоздкие и трудноуправляемые паровые автомобили стали вытесняться новыми машинами. Последующие годы явились началом промышленного производства автомобилей. В 1892г. свой первый автомобиль построил Г. Форд (США). Через 11 лет его автомобили были запущены в массовое производство. После 1900г. началось производство специальных гоночных автомобилей. С каждым годом их скорость возрастала. В 60-х гг. скорость автомобилей с поршневым двигателем превысила 600 км/ч, а после установки на автомобиле газотурбинного двигателя она перевалила за 900 км/ч. Наконец, в 1970г. Г. Габелич (США) на своем ракетном автомобиле «Блю Флейм» достиг скорости 1014,3 км/ч! Вот какой путь проделал автомобиль за сто лет своего существования.

4. ОЦЕНКА КОЛИЧЕСТВА ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХ ОТ АВТОТРАНСПОРТА в г. Барнаул, Алтайского края

Ход исследования.

1. Выберем оживленный участок проспекта вдали от промышленного объекта длиной 1 км с хорошим обзором.

2. Измерим шагами длину участка (l, м), предварительно определив среднюю длину своего шага.

3. Определим количество единиц автотранспорта Nm , прошедшего по участку в течение 1-го часа, и заполним табл. 3.Измерения для повышения точности проводим дважды. Первый раз подсчитаем кол-во автотранспорта в промежуток времени от 8 до 9 часов (утро рабочего дня), второй от 17 до 18 часов.

4. Рассчитаем количество единиц автотранспорта Np за 1ч, предполагая движение одинаково интенсивным:

Np = (Nm(утро) + Nm(вечер)) / 2

Таблица 3 - Количество и тип автотранспорта

5. Рассчитаем общий путь L, км, пройденный автомобилями каждого типа за 1ч:

Li = Npi х l.

6. Рассчитаем количество топлива (Qi, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин :

Qi = Li х Yi .

7. Полученный результат занесем в табл. 4.

Таблица 4 - Количество топлива

Определим общее количество сожженного топлива каждого вида (Qi ) и занесем результат в табл.4.

8. Рассчитаем количество выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива и всего по табл. 2. Результат запишем в табл. 5.

Таблица 5 - Количество вредных веществ

Рассчитаем массу выделившихся вредных веществ m, г по формуле :

m = V* M / 22,4

m СО = 49,5 х 28 / 22,4 = 62 г. ПДК (СО) = 3 мг/м3

m СО = 0,34 х 28/ 22,4 = 0,4 г.

m C6H6 = 8,25 х 78 / 22,4 = 28,7 г. ПДК (C6H6) = 1,5 мг/м3

m C6H6 = 0,1 х 78 / 22,4 = 0,3 г.

m NO2= 3,3 х 46/ 22,4 = 6,8 г. ПДК (NО2)= 0,085 мг/м3

m NO2= 0,14 х 46/ 22,4 = 0,29 г.

По результатам работы видно, что масса выделившихся вредных веществ (оксид азота, угарный газ, бензол) не соответствует предельно-допустимой концентрации. Это связано с тем, что в районе исследования отсутствуют промышленные предприятия и достаточное озеленение улиц. Но одним из основных загрязнителей атмосферы является автотранспорт. Это доказывает оценка количества выбросов вредных веществ в воздух.

5. ПУТИ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННОЙ С АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ

1. Уменьшать содержание вредных веществ в выхлопных газах. Рационально использовать более экологически чистое горючее, чем бензин, такое как газ или спирт, выхлопы от которых менее опасны. Использовать катализаторы, обеспечивающие более полное сгорание топлива и уменьшающее количество ядовитых газов в выхлопах. В перспективе - использовать водород, получаемый при разложении воды. Использовать разработанные в настоящее время электромобили.

2. Рационально организовать движение транспорта. Чтобы уменьшить количество выбросов, движение по улицам желательно делать безостановочным, так как особенно много выхлопных газов автомобили выделяют в момент торможения и набора скорости. В часы «пик», если у перекрестков образуются пробки автотранспорта, машины выжигают кислород и насыщают атмосферу выхлопными газами. Этого не происходит, если организовать «зеленую волну», когда скорость автомобилей регулируется так, чтобы их постоянно встречал зеленый свет светофора. Помогают в этом подземные и надземные путепроводы, которые позволяют машинам двигаться со скоростью, при которой выхлопы минимальны (60 км в час).

Маршруты грузового автотранспорта следует выносить за город на объездные дороги, а в центр города заезжать только по необходимости - для обслуживания магазинов, предприятий, перевозки вещей населения и т. д. Можно создать специальные пешеходные зоны, где движение автотранспорта запрещено. Необходимо обновить парк троллейбусов и трамваев, меньше загрязняющих среду. И, конечно, человеку необходимо чаще пользоваться велосипедом и ходить пешком. Обратить внимание на рациональное использование рабочих графиков для уменьшения числа поездок автомобилей работников. И, наконец, для такого города как Барнаул возможно строительство объездных магистралей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для сохранения природы необходимо, чтобы каждый человек, соприкасающийся с производством, был не только экологически грамотен, но и сознавал свою ответственность за действия, приносящие природе явный вред. К сожалению, нередко можно видеть, как шофер ставит свой автомобиль в чистый ручей для мытья, как выбрасывают мусор из окна, ставят машины на газоны, как рабочие жгут покрышки. Каковы же пути преодоления экологического кризиса? Прежде всего необходимо, чтобы каждый житель нашей планеты осознал, что экологическая угроза исходит не от человечества вообще, а от каждого конкретного человека, т. е. от нас с вами.

Экология должна стать 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.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Алексеева М. Н. Физика - юным. - М.: Просвещение, 2014.

2. Миркин Б. М. Экология России. - М.: Устойчивый мир, 2015.

3. Семке А. И. Проблемы экологии /А.И. Семке// Эколог. - 2016. - № 12. - С. 54-60.

4. Хабарова Е. И., Панова С. А. Большой справочник студента. - М.: Дрофа, 2013.

Размещено на Allbest.ru