Экологическая конференция

Тепловые машины в жизни человека.

Цели конференции.

1. Провести анализ положительного и отрицательного действий тепловых машин на жизнь человека и окружающую среду.

2. Развивать интерес к цифровой информации, которая вызывает опасение за состояние окружающей среды.

3. Содействовать воспитанию экологического патриотизма.

Вопросы конференции.

1. Создание тепловых двигателей, общий принцип действия.

(эксперты-историки)

2. Положительная жизнь тепловых машин. (эксперты-физики)

3. Отрицательная роль тепловых машин. (эксперты-экологи)

Задание: выявить последствия автотранспорта на:

• экосистемы, находящиеся в черте города;

• рост заболеваемости жителей городов, испытывающих неблагоприятное состояние среды на себе.

Практическое задание: вычислить количество токсичных продуктов от работы транспорта, охарактеризовать их действие на живые организмы и окружающую среду. (эксперты-лаборанты)

4. Какими транспортными средствами лучше всего пользоваться с экологической точки зрения в больших городах и почему?

(специалисты по решению экологических проблем)

5. Как ваши знания по электричеству могут помочь в решении проблемы?

(специалисты по решению экологических проблем)

6. Что можно сказать о местной экологической ситуации, и что нужно сделать, чтобы сохранить нашу природу?

(специалисты по решению экологических проблем)

Внимание, конкурс: придумать прибор, выявляющий какое-либо загрязнение окружающей среды по плану:

• загрязнение, которое выявляет прибор;

• принцип действия;

• схема устройства;

• модель прибора по возможности.

Ход урока.

(В кабинете физики все эксперты сидят лицом к классу, на столе у каждого табличка: эксперты-историки, эксперты-физики, эксперты-экологи, эксперты-лаборанты, эксперты по решению экологических проблем. На ученических местах сидят специалисты по решению экологических проблем, остальные учащиеся-участники конференции)

Учитель физики: Слово «экология» вам знакомо: вы часто его слышите, встречаете в газетах, книгах. В переводе с греческого оно означает «дом, жилище». Поэтому не случайно этим словом называют ныне науку об отношениях растительных и животных организмов, в том числе людей с окружающей средой, тем домом, в котором живет человечество.

Чтобы жить в нем без страха за свое будущее, за свое здоровье, радоваться красотами природы, нужно беречь этот дом иначе вообще можно погибнуть.

Человек - часть природы и ее разрушение грозит ему множеством бед. У Земли много проблем, но одна из них - тепловые машины. Поэтому на конференции мы и остановимся на положительной и отрицательной роли тепловых машин в жизни человека, и попытаемся наметить выход из сложившейся экологической обстановки.

1. Историческая справка.

А началось все в 17 веке, когда простое предложение о замене пробирки - поршнем позволило сделать выход о возможности пара служить человеку.

Эксперты-историки кратко напомнят историю создания ТМ и сообщат об общем принципе действия. Итак, выступление первого эксперта-историка____________________________

(примерное содержание выступления первого из трех экспертов-историков)

Я расскажу об истории создания тепловых машин.

В 17 веке наблюдается развитие производств, требующих совершенствования техники. Был нужен такой источник энергии, который не был бы «привязан» к одному месту, как энергия падающей воды, не зависел бы от погоды, как энергия ветра. И такой вид энергии нашли - тепло, а именно энергия водяного пара.

Дени Панен, работающий в 1682 году вместе с Бюйгесом над созданием машины, в которой поршень внутри трубки поднимался при помощи взрыва порохового заряда, помещенного под цилиндром. После длительных экспериментов в 1690 году они нашли идеально работающее тело - воду. Также он обнаружил увеличение температуры кипения с ростом давления воды и применил это открытие для получения воды при температуре выше 100 градусов по Цельсию, нагревая ее в закрытом котле. Во избежании взрыва, из-за слишком большого давления, он применил изобретенный им предохранительный клапан.

История создания паровых двигателей. В 1698 году англичанин Томас Севери изобрел паровой насос, для откачки воды из шахт. А в 1705 году познакомившись с работами Папена, слесарь Томас Ньюкмен получил патент на изобретенную им тепловую машину. Она была первой машиной, которая с успехом приминялась для подъема воды из шахт. Принцип ее работы был таким : пар из котла выходил в цилиндр и поднимал его до верху. Затем в цилиндр под поршень пускали воду, пар конденсировался, давление понижалось и атмосферное давление опускало поршень вниз. Однако машина была крайне громоздкой и требовала огромное количество угля. Поэтому ее можно было использовать только для откачки воды на шахтах. Понадобилось более 50 лет, прежде чем появился первый паровой двигатель непрерывного действия. Его создал наш соотечественник Иван Иванович Ползунов (в 1766 году) русский ученый, механик. В первом из двух проектов Ползунова была разработана (в первые в мире) универсальная двухцилиндровая паровая машина непрерывного действия с рабочим валом,во втором, конструкция была переработана и несколько упрощена, применительно к конкретной задаче - приведению в движение воздуходувных мехов плавильных печей. При этом вторая машина была в 10 раз больше и в 15 раз мощнее первой.

По расчетам исследователей ее мощность составляла от 32 до 40 л.с. Второй проект был воплощен самим Ползуновым, отдавшим этой работе все силы и саму жизнь. Машина была выполнена целиком из металла (впервые в мире), проработала всего два месяца, но даже за этот короткий срок не только окупила все затраты, но и принесла немалый доход. Была пущена в Барнауле, с помощью нее было расплавлено 9000 пудов серебряной руды.

Создателем универсального парового двигателя, который получил широкое распространение, стал английский механик Джеймс Уатт. Он намеревался прежде всего исключить потерю тепла за счет охлаждения цилиндра. В 1784 году ему пришла идея выводить пар из цилиндра, соединив в надлежащий момент цилиндр с пустым резервуаром, куда пар сам бы устремлялся. Так был изобретен конденсатор. Также Уатт внес в свою машину такие усовершенствования, как центробежный регулятор ввода пара, золотник, паровую рубашку вокруг цилиндра, индикатор давления, машина была двойного действия, т.е. пар поступал по обе стороны от поршня.

Для расширяющегося машинного производства нужен был и механический транспорт. И такой появился, в его основе лежал универсальный паровой двигатель. В 1803 году в Париже на реке Сене американец Р. Фультон впервые испытал судно, двигаемое силой пар. А через 4 года по реке Гудзон уже ходил первый в мире колесный пароход «Клермонт» с двигателем мощностью 20 л.с.

В 1814 году англичанин Джордж Стеферсон создал паровоз, который двигал состав весом 30,5 т., со скоростью 6 км/ч. В России отец и сын Черепановы, крепостные мастера уральского завода, тоже построили паровоз (в 1834 году). Он вез состав 3,2 т, а 2-ой до 32 со скоростью 13-16 км/ч.

В конце 19 века коренным образом изменился паровой двигатель. Изобретатели решили использовать не давление пара, а скорость его движения. Так была создана в 1884 году англичанином Парсоном первая многоступенчатая паровая машина.

Учитель физики: Мы предоставляем слово второму эксперту-историку___________________________

(примерное содержание выступления второго из трех экспертов-историков)

На определенном этапе развития техники стало очевидным, что пользоваться теплом огня непосредственно для производства работы лучше, чем затрачивать его на получение пара, а затем использовать тепло пара. Но с самых же первых опытов возникли большие препятствия. Достаточно упомянуть разработки Ж. Готфейля (1678-1682) и Х. Гюйгенса (1681). Оба ученых прелагали так называемый атмосферный двигатель, у которого поршень поднимался взрывом пороха вверх и фиксировался. После охлаждения продуктов сгорания под поршнем создавалось разряжение. У двигателя Гюйгенса под действием атмосферного давления поршень опускался, совершая полезную работу. У двигателя Готфейля разряжение в под поршневой полости использовалось для всасывания воды, а после того как поршень переставали удерживать, он, опускаясь, вытеснял воду. Реализовать эти предложения в то время не представлялось возможным из-за низкого уровня техники.

Разработки Папена, Севери, Ползунова ,Уатта и др. привели к тому, что к концу 17 столетия паровая машина стала универсальным двигателем и, казалось, замены пару нет.

Представить себе двигатель, работающий не так, как паровая машина, было трудно. Возникло представление, что любое рабочее тело должно обладать свойствами пара и попадать в цилиндр в виде однородной массы с одинаковыми температурой и давлением. Таким рабочим телом могли стать продукты сгорания.

Решение задачи использования продуктов сгорания лежало на пути поисков соответствующего горючего. Очевидно, таких попыток заменить пар было немало, но история сохранила лишь некоторые из них, да и то в очень неполном объеме. Например работы братьев Ньепсов. ( Известны благодаря своему вкладу в развитие фотографии).

Идея замены дефицитного во Франции угля иным топливом витала в воздухе. Братья занимались поисками такого топлива, продукты сгорания которого можно было бы использовать в качестве рабочего тела, подобного пару. В качестве такого порошка они применили ликоподий - семена спорового растения -плауна. Этот чрезвычайно сухой, легкий и легковоспламеняющийся порошок использовался для эффектных вспышек во время театральных представлений. Считать его конкурентом угля было нельзя, урожай плауна был очень ограничен.

Можно считать, что первая официально зарегистрированная попытка создания ДВС была сделана почти одновременно с началом работ Ньепсов. В 1794 г. изобретатель Роберт Стрит получил в Англии патент №1983 на атмосферный двигатель, работающий на продуктах сгорания горючей жидкости (терпентин или спирт).Жидкость наливалась на дно вертикального цилиндра, при нагреве испарялась, и ее пары смешивались с воздухом. После воспламенения горючей смеси продукты ее сгорания поднимали поршень и совершали работу.

Были предложения использовать водород, (1820, англичанин Сесиль). В 1841 Дж. Джонстон получил патент № 8841 на двигатель, работающий на смеси водорода с кислородом.

В 1833 г. Вельмант Райт получает в Англии патент № 6526, в котором оговорено охлаждение цилиндров с помощью водяной рубашки (двигатель двойного действия).

В 1838 г. в Англии выдан патент № 7615,согласно которому газ и воздух предварительно сжимают в отдельных цилиндрах, а смесь перед воспламенением дожимают в рабочем цилиндре. Воспламенение должно было производиться в мертвой точке с помощью раскаленной губчатой пластины или же пламенем через золотник.

На всемирной выставке в Париже 1867г. немецкий коммерсант Отто представил новый газовый двигатель, созданный в содружестве с инженером Лангеном.

Успешные опыты по замене светильного газа другими продуктами газификации вызывали желание попробовать применить пары жидкого топлива. Еще в 1873 г. американец Брайтон пытался использовать керосин. Но керосин плохо испаряется и он перешел на бензин. Он же изобрел для своего двигателя первый испарительный карбюратор. Важно, что горение у Брайтона происходило при постоянном давлении.

На всемирной выставке 1893г. в Чикаго был удостоен высшей награды образец двигателя Первого Русского завода керосиновых и газовых двигателей, в котором керосин подтекал к испарителю самотеком и воспламенялся с помощью металлической трубочки.

Первый бензиновый двигатель построен в России в 1884 г. моряком русского флота Костовичем для дирижабля.

Импульсом для развития бензиновых двигателей послужило стремление использовать их на автомобиле. Решающий вклад в создание этих двигателей приписывают немецким инженерам Даймлеру и Майбаху.

Совершенствование двигателей шло в тесном взаимодействии с совершенствованием производства.

Автором одного из самых крупных изобретений является Рудольф Дизель. По замыслу Дизеля, если воздух сжать до давления не ниже 33-35 атм. и повысить вследствие этого его температуру до 500-700 ⁰С, то топливо, вводимое в этот воздух, будет воспламеняться от соприкосновения с горячим воздухом. Но Дизель предлагал не просто постепенное сгорание, он имел ввиду регулируемое сгорание с обеспечением постоянства температуры и давления. В результате многолетней работы был создан новый высококачественный двигатель, носящий его имя. Первый же двигатель с воспламенением впрыскиваемого топлива от сжатия, построенный на заводе Нобеля, получил название дизель, прочно закрепившееся за двигателями такого типа.

Конструкция дизелей претерпела существенные изменения. В 30-х годах появляются мощные авиационные ДВС конструкторов Микулина и Чаромского. Во время Великой отечественной войны применялся авиационный дизель большой мощности АЧ-30 конструкции Чаромского.

Двигатели на легком топливе и дизели прочно занимают позиции практически единственного вида силовой установки для наземного транспорта и составляют существенную долю среди силовых установок водного транспорта. Конечно, современные ДВС конструктивно отличаются от самых первых образцов, но принципы преобразования теплоты в работу остались неизменными.

Учитель физики: Мы предоставляем слово третьему эксперту-историку___________________________

(примерное содержание выступления третьего из трех экспертов-историков)

Я расскажу об истории создания реактивных двигателей, которая не такая продолжительная, как история паровых турбин и ДВС. Свое начало она берет в нашем столетии. Один из прогрессивных и перспективных видов тепловых машин.

Под руководством Валентина Петровича Глушко создается целая серия ОРМ. Первый - с цилиндрическим соплом, с водяным охлаждением и тягой до 20 кгс. В ОРМ - 3 и 5 модификации, двигатели охлаждались одним из компонентов топлива. В качестве окислителей использовались: жидкий кислород, азотный тетроксид, азотная кислота, а в качестве горючего - бензин, керосин.

В 1933 году - ОРМ - 50 с тягой 150 кгс, с химическим зажиганием азотно-кислотно-керосинового топлива. После 10 запусков сохраняли полную работоспособность. Предназначались они для ракет и торпед.

В 1931 году Ф. А. Дандер совершенствовал тогда свой ОР -1 паяльную лампу, переделанную в РД, работавший на воздушно-бензиновой смеси и тягой до 145 гс. В 1933 году Цандер хотел, чтобы топливо для двигателей присутствовало уже в конструкции. Но эта идея до нашего времени не реализована. ЖРД испытывалось, создавалось и проектировалось использование в качестве окислителя жидкий кислород, азотную кислоту, в отличие от кислорода остающуюся жидкой при нормальной температуре. В 1936 - 1937 годах были разработаны двигатели ОРМ-65: ручной и автомат, пуском, регулироваемой в полете тягой, на высококипящем топливе, отличался высокими характеристиками и выдерживал до 50 пусков. В 1940 году было разработано, для форсирования маневров боевых самолетов, семейство ЖРД с максимальной тягой от 300 до 900 кгс. Первые три двигателя прошли официальные испытания на самолетах Пе-2Р, Як-7Р, Су-6, Су-7. Но в боевых действиях не применялись.

В разгар первой мировой войны Тихомиров посылает прошение о предоставлении ему привилегии на разработку самодвижущихся в воде и на воздухе мин, в которых использовались ракетные двигатели. Валентин Петрович Глушко был разработчиком электрореактивных двигателей и удостоверился, что они понадобятся только в следующем этапе освоения космоса, а чтобы проникнуть в космос потребуются жидкостные реактивные двигатели, о которых писал К.Э.Циолковский. В 1930 году началась разработка ЖРД (цилиндрическое сопло, с водяным охлаждением и тягой до 20 кгс). В марте 1933 года бригада Цандера провела испытания ОР-2.

В 1936-1937 годах двигатель ОРМ-65 с ручным и автоматическим пуском, регулировался в полете тягой, прошел испытание до 50 пусков. В.П.Глушко: семейство ЖРД с тягой от 300 до 900 кгс; Пе-2, Як-3, Ая-7, Су-6, Су-7.

1954 год М. К. Тихонравов предложил создание спутников земли с С. П. Коряевым.

Основным показателем совершенства РД - его экономичность. РД был применен в космической ракете РД-107, их удельный импульс в пустоте составлял 310 с при тяге в 102 те и давлении в камерах сгорания 60 атмосфер. РД-107 состоял из двух небольших рулевых камер, много камерность позволила уменьшить длину двигателя и уменьшить массу ракеты.

Теперь можно подвести итоги нашей работы экспертов-историков.

Какими бы ни были различными паровые моторы, ДВС и реактивные двигатели работа их сводится к преобразованию внутренней энергии в механическую энергию, при наличии рабочего тела, нагревателя и холодильника.

Дополнительная информация: Лётно-исследовательский институт им. Громова в Китае в г. Джухайе принимал участие в международной АВИА выставкес демонстрацией Ил-76.

Учитель физики: Мы продолжаем нашу работу и переходим к следующему вопросу.

2. Положительная роль ТМ.

Каким же образом были реализованы проекты ТД предложенные учеными?

Итак, слово предоставляется экспертам-физикам с выступлением о положительной роли ТМ.

Итак, выступление первого эксперта-физика_____________

(примерное содержание выступления первого из трех экспертов-физиков)

Огромное значение имели паровые двигатели до середины XX века, так как были основными на железной дороге. Сегодня большее распространение получили дизельные двигатели, т. е. ДВС, на водном транспорте. Мощные паровые турбины же 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 страны. Именно паровые турбины приводят в движение роторы генераторов электрического тока.

Итак, выступление второго эксперта-физика_____________

(примерное содержание выступления второго из трех экспертов-физиков)

С момента изобретения тепловые двигатели стали играть большую роль в жизни и деятельности человека. Так ДВС, широко используются в автомобильном транспорте: их устанавливают 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 третьего эксперта-физика_____________

(примерное содержание выступления третьего из трех экспертов-физиков)

И, наконец, перейдем к третьему типу тепловых двигателей, реактивных. Преимуществом РД перед паровыми и ДВС является высокий КПД, до 60%. Следовательно, РД целесообразно устанавливать на авиационном и космическом транспорте.

На лёгких самолётах используются поршневые двигатели, а на больших лайнерах устанавливают реактивные двигатели. Это очень выгодно, т.к. если реактивный двигатель заменить поршневым такой же мощности, то из-за громоздкости и тяжести последнего его будет невозможно установить на самолёт. Яркий пример применения в авиации реактивных двигателей - "ТУ-144" и британский "Конкорд".

Для космического транспорта также используют реактивные двигатели. Они позволяют развить высокую скорость, чтобы многотонный космический корабль смог преодолеть гравитационные силы Земли и выйти на околоземную орбиту.

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 физики: Спасибо экспертам-физикам за столь краткую информацию. А мы продолжаем нашу работу и переходим к следующему вопросу.

3. Отрицательная роль ТМ.

Открытие ТМ приходится на индустриальный период в истории взаимодействия общества и природы и является кульминацией техногенной эпохи, он охватывает время с 17 века до середины 20 века.

Для улучшения своего благосостояния человек изобретает не только машины, качественно изменяется химическое воздействие человека на биосферу, впоследствии синтеза новых веществ, рассеивания загрязнений на огромные территории, многократно превышается выработка энергии за счет сжигания горючих ресурсов.

Мы видим, что кроме положительного эффекта от приобретения ТМ, проблема имеет и другую сторону.

Ученые, делая открытия, не задумывались о последствиях. На первых порах, экосистемы биосферы, благодаря естественным процессам саморегуляции в основном справлялись с этими воздействиями, но по мере возрастания масштабов и темпов производственной деятельности возможности восстановления экосистемы оказались исчерпаны. Стали наблюдаться заметные изменения в биологических, химических, физических показателях биосферы.

Экспертам-экологам было дано задание выявить отрицательное воздействие ТМ, в частности автотранспорта, на экологическую обстановку и на ее влияние на состояние здоровья человека.

Итак, выступление первого эксперта-эколога____________

(примерное содержание выступления первого из трех экспертов-экологов)

Человек долго использовал двигатель внутреннего сгорания не зная о его отрицательном воздействии на человека, животных, растения и биосферу. Лишь в последнее время отрицательное действие заметили и начали с ним бороться. Основным загрязнителем являются машины, особенно грузовики. Количество и концентрация вредных веществ в выхлопах зависит от вида и качества топлива. В основном это такие вещества как углекислый газ, угарный газ, оксиды азота, гексен, пентен, 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. Теперь конкретно рассмотрим их действия. Углекислый газ, угарный газ, оксиды серы, оксиды азота являются парниковыми газами, то есть вызывают парниковый эффект. Его действие заключается в повышении температуры Земли. Этот механизм заключается в образовании особого слоя в атмосфере, который отражает обратно тепловые лучи, идущие от Земли. Это может привести к таянию льда и повышению уровня океана. Но надо сказать, что тепловой эффект почти компенсируется ледниковым эффектом. Он вызывается слоем пылевых частиц, которые отражают тепловые лучи в космос.

В год СО образуется 2,4-10 тонн, СО₂ -7млн. тонн. Последний газ токсичен, образует с гемоглобином крови прочный карбоксигемоглобин, увеличивает психические заболевания. Его ПДК в России составляет 17см/м SO, N0 являются мутагенами, теротагенами, образуют с туманом или с дождем смог или кислотные дожди. Оксиды серы с водой образуют серную кислоту, а оксид азота образует азотную и азотистую кислоты. У человека они вызывают поражения кожи, абструктивный рахит, отёк лёгких. У животных также наблюдаются нарушения, а также гибель. У растений наблюдается гибель листьев, а в дальнейшем всего растения. Так в Скандинавии можно видеть массовую гибель лесов по этой причине. Также эти дожди вызывают коррозию металлов и разрушение памятников. Кроме того, оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя.

Кадмий отрицательно воздействует на костную и половую системы, кору надпочечников, зубы, нарушает углеродный обмен. При большой концентрации он вызывает болезнь итай-итай.

Свинец является тератогеном, вызывает у грудных детей нарушение ЦНС, костей слуха, зрения и в дальнейшем смерть. У взрослых он вызывает нарушение кровеносной системы, импотенцию.

Также ДВС используют О, уменьшая его концентрацию. Один легковой автомобиль поглощает 4 тонны О.

Учитель физики: Мы приглашаем второго эксперта-эколога_____

(примерное содержание выступления второго из трех экспертов-экологов)

Мы провели анализ негативного воздействия автомобилей на окружающую среду. Да, человек не мыслит сейчас своего существования без автотранспорта, но если посмотреть на это удобство с другой точки зрения, то количество выбрасываемых автомобилем продуктов горения заставляет ужаснуться.

Один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы больше 4 тонны О, выбрасывает с выхлопными газами около 800 кг СО, около 40 кг оксида азота, около 200 кг различных углеводородов.

Автомобильные выхлопные газы - смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды - не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, среди которых большое место занимают непредельные углеводороды этиленового ряда, особенно гексен и пентен. Их доля возрастает в 10 раз, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости, т.е. во время заторов или у красного сигнала светофора.

СО, СО₂ и большинство других выделений двигателя тяжелее воздуха, поэтому они скапливаются у земли.

Оксид углерода соединяется с гемоглобином крови и мешает ему нести кислород в ткани организма.

Оксиды азота играют большую роль в образовании продуктов превращения углеводородов в атмосферном воздухе.

Такие оксиды углерода, серы, азота являются "парниковыми" газами, т.е. газами вызывающими парниковый эффект. Его действие заключается в повышении температуры нижнего слоя атмосферы, в которой образуется слой, отражающий обратно тепловые лучи, идущие от земли. Повышение температуры на планете может привести к таянию ледников и повышения уровня Мирового океана.

Из-за неполного сгорания топлива в двигателе автомашины часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества.

В 1 л бензина может содержаться 1 г тетраэтилсвинца, который разрушается и выбрасывается в атмосферу в виде соединений свинца.

Свинец - один из основных отравителей внешней среды, его поставляют главным образом современные двигатели с высокой степенью сжатия, выпускаемые автомобильной промышленностью.

Учитель физики: Сейчас мы предлагаем слово третьему эксперту-экологу по Волгоградской области_______________

(примерное содержание выступления третьего из трех экспертов-экологов)

(Практическое задание. Экология Волгограда.)

Если наши коллеги говорили об общих закономерностях в результате выбросов токсичных продуктов автомобилей, то я остановлюсь на Волгограде и Волгоградской области.

Автомобильный транспорт является одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды в Российской Федерации. Его доля в общем объёме выбросов в атмосферу составляет в среднем по стране 35-40%. В крупных городах эта цифра достигает 80-90%.

Моя группа занималась изучением зависимости загрязнения атмосферного воздуха от интенсивности движения автотранспорта. По заказу Государственного комитета экологии Волгограда сотрудниками Государственной архитектурно- строительной академии были проведены исследования по оценке автотранспорта как источника загрязнения атмосферного воздуха. В процессе работы были проведены замеры загрязнения воздушной среды диоксидами азота на 8 перекрёстках основных магистралей Волгограда: перекрёсток ул. Елецкой и Второй Продольной, пл. Дзержинского, перекрёсток пр. Ленина и Седьмой Гвардейской, перекрёсток пр. Металлургов и пр. Ленина, пр. Жукова и Вторая Продольная. Наименьшее превышение ПДК наблюдается на перекрёстке ул. Елецкой и Второй Продольной, при интенсивности транспортного потока 3500 ед./день. А наибольшее превышение ПДК на перекрёстке пр. Жукова и Второй Продольной, при интенсивности транспортного потока 3500 ед./день.

В 71 точке определялась интенсивность дорожного движения и качественный состав транспортного потока. Следует отметить, что полученные в результате измерений концентрации диоксида азота превышают ПДК в 1,3-4 раза.

Было выяснено, что наиболее загрязнённые места города Волгограда: ул. Вторая Продольная, проспект им В. И. Ленина, ул. Историческая, ул. Комсомольская, ул. Рокоссовского, ул. Ерёменко, ул. 64-й Армии, пр. Героев Сталинграда.(таблица №1)

Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания содержали более 200 наименований вредных веществ и соединений, в том числе таких, как оксиды углерода, оксиды азота, углеводороды, канцерогенные вещества, сажа и д.р.

Мы пришли к выводу, что главной причиной загрязнения воздуха в городах являются автомобили. В Волгограде тоже наблюдается увеличение транспортных загрязнений окружающей среды. В настоящее время в городе эксплуатируется более 120 тыс. единиц автотранспорта. Ежегодно парк автомобилей пополняется на 10 тыс. единиц.

Учитель физики: Эксперты-экологи наглядно представили все отрицательные стороны использования ТМ.

А сейчас предлагаем слово экспертам-лаборантам _______, которые исследовали рост заболеваемости бронхиальной астмой, аллергическим бронхитом, кожных инфекций от токсических выбросов и определили реальное их реальное количество от работы транспорта на перекрестке ул. Вторая Продольная - ул. Ткачева, используя методику «У светофора».

(примерное содержание выступления первого из двух экспертов-лаборантов)

Обобщая выступление своих коллег, я хотела бы сказать, что автотранспорт, как один из основных источников загрязнения, оказывает влияние на воздух, воду и почву, что отражено на моей таблице №2.

Воздух загрязняют вредные вещества в отработавших газах автомобилей, твёрдые частицы, поднимаемые с пылью колёсами автомашин. Воду загрязняют стоки с автомоек, стоянок, гаражей, АЗС, автодорог, хлориды, используемые для борьбы с гололёдом в зимний период. Почву загрязняют отходы, загрязнённые нефтепродуктами, сажевые частицы при истирании автошин на дорогах.

Параллельно с экспертами экологами я выявила последствия воздействия загрязнителей на здоровье человека.

Количество окислов азота, способных оказывать вредное воздействие на организм человека, составляет 0,15-0,2мг/м. Наиболее неблагополучными по заболеваниям бронхиальной астмы, аллергическим бронхитом среди всех районов города являются Красноармейский и Кировский. Эти районы превышают по диагностике дыхательных путей другие на 10%. На 1000 человек -22-27% обращаются к врачу с этими диагнозами, а в Центральном районе только 19%. (таблица №3)

По кожным заболеваниям на первое место выходят Краснооктябрьский и Тракторозаводской районы. Они превышают Центральный район по заболеваемости на 10-12%.

Мы живем в то время, когда человек уже осознал, что природе необходимо помочь, состояние окружающей среды зависит от нас, от нашего отношения к ней.

Учитель физики: Познакомьте нас с вашими вычислениями токсичных продуктов, выбрасываемых в атмосферу при работе автотранспорта.

(примерное содержание выступления второго из двух экспертов-лаборантов)

В своей работе мы вычислили количество токсичных продуктов от работы транспорта, а наши коллеги охарактеризовали их действие на живые организмы и окружающую среду. Результаты работы представлены в таблице №4.

Учитель физики: Так что же, нам теперь отказаться от всех достижений цивилизации и вместо автомобиля опять ходить пешком?

Конечно же, нет, отрицательные последствия следует преодолевать, не отказываясь от технического прогресса вообще, а путем существенного изменения существующих технологий.

Обратимся к специалистам по решению экологических проблем. И предоставим слово одному из них.

(примерное содержание выступления первого из четырех экспертов по решению экологических проблем)

Я, как эксперт по решению экологических проблем, сделала следующий вывод из всего сказанного на сегодняшней конференции.

Интенсивность движения везде огромна, и она даёт такое загрязнение воздуха, что его не сравнить даже с промышленностью. Транспорт даёт 45-50% всего загрязнения.

Итак, есть два способа уменьшения загрязнения воздуха дорожно-транспортными средствами. Первый - сократить количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу каждым автомобилем. Второй - использовать, как можно больше, те транспортные средства, которые потребляют меньше горючего и, следовательно, меньше загрязняют атмосферу, чем те, что были 70 лет назад. Но совершенству, как известно, нет предела, двигатели надо сделать ещё экономичнее. Чтобы остановить загрязнение, необходим более строгий всесторонний контроль за дорожно-транспортными средствами. Примером может служить следующее начинание: с 1 января 1993 года все новые автомобили, предназначенные для продажи в страны Европейского сообщества, должны быть снабжены каталитическими контакторами. Это маленькое устройство устраняет большую часть углеводородов и окисей азота и углерода, вредных для организма человека. А, как мы уже говорили, его присутствие в атмосфере в больших количествах усилит и парниковый эффект, что грозит глобальным потеплением на планете. Ещё одна проблема - свинец, добавляемый к бензину для большей эффективности работы двигателя. Он очень ядовит и опасен, особенно для маленьких детей.

Огромную помощь в борьбе с загрязнением воздуха могли бы оказать и сами автомобили, если бы начали чаще пользоваться общественным транспортом или ездить с малой скоростью, ведь это уменьшит выброс токсичных соединений. Недавний опрос водителей автомобилей показал, что их личный транспорт - главный виновник загрязнения воздуха, ездить медленнее или, тем более, отказаться от личного транспорта не желают. Для того, чтобы такое желание появилось, надо основательно улучшить работу общественного транспорта. А, поскольку он пока далёк от совершенства, нечего удивляться тому, что частные автомобили наводняют городские улицы.

Иногда с их количеством приходится вести непримиримую борьбу, способы бывают самые оригинальные. В Афинах, например, машинам с четными номерами разрешено появляться в центре города только по четным дням, а машинам с нечетными - по нечетным. Роскошь иметь автомобиль может дорого обойтись.

Учитель физики: Какими же транспортными средствами на Ваш взгляд разумно пользоваться в больших городах? Приглашаем второго эксперта по решению экологических проблем

(примерное содержание выступления второго из четырех экспертов по решению экологических проблем)

В настоящее время, когда автомобиль с бензиновым двигателем стал одним из существенных факторов, приводящим к загрязнению окружающей среды, специалисты все чаще обращаются к идее создания «чистого» автомобиля-электромобиля. В некоторых странах начинается их серийное производство.

В нашей стране производятся электромобили пяти марок. Электромобиль Ульяновского автозавода (УАЗ-451-МИ) отличается от остальных моделей системой электродвижения на переменном токе и встроенным зарядным устройством. Зарядное устройство снабжено преобразователем тока, допускающим применение легкого и низкооборотного тягового двигателя. Машины этой марки уже используются в Москве для доставки продуктов в магазины и школы.

В 1982 году в столице было создано первое хозяйство, в котором работали 25 электропогрузчиков. Этот год стал датой серийного выпуска электромобилей в стране.

В интересах защиты окружающей среды считается целесообразным перевод автотранспорта электротягу, особенно в крупных городах. Предлагается, используя существующие типы источников тока с определенным их усовершенствованием, создать и передать в эксплуатацию электромобили, экономически и технически конкурентно способные с обычными автомобилями. Оценки показывают: 2000 год - 5 % электромобилей от всего числа автомобилей, а 2025 - 15 %.

Учитель физики: Как ваши знания по электричеству могут помочь в решении проблемы?

(примерное содержание выступления третьего из четырех экспертов по решению экологических проблем)

Как было сказано моими коллегами, основным источником загрязнения атмосферы является выхлопные газы. Но эта проблема решаема, если ДВС заменить на электродвигатели, используемые в электромобилях.

Электродвигатели, преобразуя электрическую энергию в механическую, используются на нужды промышленности, сельского хозяйства, транспорта и быта. Толчком для создания электродвигателей явилось изобретение шотландского священника Роберта Стирлинга в 1816г. Его машина, которую он назвал "экономайзер", получила признание как надёжная паровая машина, которая никогда не взрывалась, как это довольно часто случалось с другими типами паровых двигателей в те времена.

Позже, в 1889г талантливым инженером Доливо-Добровольским был изобретён асинхронный двигатель.

Эти машины, пройдя испытания временем, используются и в наши дни. Так асинхронный двигатель необходим для привода различных станков, насосно-компрессорных, кузнечно-прессовых, подъёмно-транспортных и других механизмов. А двигатель Стирлинга сегодня используют на атомных подъёмных лодках, т.к. высокий КПД и надёжность делают его идеальным для преобразования тепловой энергии, вырабатываемой атомным реактором, в тепловую.

Известен один любопытный факт, что специалистами МАЗА был разработан проект по созданию обитаемой базы на Луне. Проектом предусматривается постепенное строительство : начиная с маленького обитаемого модуля и до большой производственной базы. Но вот что интересно : для работ был выбран атомный реактор 8Р-100 и 8 электрических генераторов, работающих от двигателя Стирлинга. В качестве дополнительного источника на первом этапе строительства предусмотрено использование солнечных батарей.

Итак, мы видим, что без ДВС можно обойтись, заменив их, на электродвигатели. Но примеры, приводимые мной выше, относятся к использованию электродвигателей в космосе, промышленности. А как же быть с транспортом, ведь больше всего вреда от него? И здесь выход есть. Нужно всего лишь заменить автобусы и маршрутные такси на троллейбусы и трамваи. А в качестве индивидуального транспорта, как это не парадоксально, использовать велосипед. Конечно, автомобиль гораздо комфортнее и удобнее, но представьте, что вам придется выбирать между велосипедом и тем вредом, который причиняется нашему здоровью выхлопными газами. Я думаю, что большинство выберет велосипед.

Учитель физики: Как же сохранить местную экологическую ситуацию? Мы приглашаем последнего эксперта по решению экологических проблем.

(примерное содержание выступления четвертого из четырех экспертов по решению экологических проблем с вопросом о местной экологической ситуации)

Ежедневно от экологического иммунодефицита умирают более 250 тысяч россиян, сотни тысяч заболевают. Причина в непосредственном воздействии токсикантов, аллергенов, мутагенов, при неблагоприятной экологической обстановке. За последние годы показатель смертности населения в два раза превысил показатель рождаемости в Волгограде.

Я как эксперт хочу затронуть следующие проблемы:

1. Загрязнение почв и причины этого:

• металлы и их соединения;

• удобрения и ядохимикаты;

• эрозия почв.

Необходимо применять следующие комплексные меры:

почвозащитные севообороты, вспашка поперёк склона, выравнивание колеи, применение удобрений, клейких веществ, удерживающих частицы почвы и д.р.

2. Животный мир, существенно изменяющийся под влиянием человека, причины этого:

• разрушение мест обитания;

• вытеснение отдельных видов;

• загрязнение территорий токсичными веществами.

Возможно следующее решение проблемы:

создание охраняемых территорий, в которых находятся исчезающие виды животных.

3. Загрязнение водоёмов, причины этого:

• металлы: ртуть, свинец, кадмий

• хлорорганические и фосфоро органические соединения

• поверхностно активные вещества

• нефть

Влияние загрязнений окружающей среды на организм человека. Попадая в организм человека, соединения металлов вызывают тяжелые заболевания:

ионы ртути - вступают в соединение с группами белков и прочно удерживаются в организме. Ртуть вызывает расстройства ЦНС, такие как паралич, нарушение слуха, зрения;

кадмий - различные формы рака, хрупкость и ломкость костей, поражение почек;

свинец - отравляет клетки мозга, угнетает функции нервной системы, снимает быстроту реакций;

стронций - замена кальция в костях на этот металл приводит к рыхлости и ломкости костей, расстройству опорно-двигательной системы, облучению костного мозга.

Каковы же задачи восстановления природных ресурсов и охраны окружающей среды?

• локальный и глобальный экологический мониторинг;

• восстановление и охрана лесов от пожаров, вредителей;

• охрана и разведение редких видов растений и животных;

• международное сотрудничество по охране природы;

• расширение и увеличение числа заповедных зон;

• рациональный подход к использованию биологических и минеральных ресурсов.

Экологическая обстановка в Волгограде довольно сложная. Для подтверждения этих слов я не буду приводить какие-либо цифры, а приведу в пример некоторые мои наблюдения.

• Если выехать за город и встать на возвышенность, то можно увидеть что город окутан серой дымкой.

• Возвращаясь из прогулки по лесу в город довольно трудно дышать.

• Недавно был сильный туман. Природные газы, примеси, СО, содержащиеся в атмосфере сконцентрировались и в результате на улице стоял, очень неприятный запах. По-моему эти примеры хорошо характеризуют нынешнюю экологическую обстановку.

Необходимо принимать меры по её улучшению. Я предлагаю несколько путей выхода из этой ситуации.

1. 0зеленение города. Растения поглощают СО и выделяют О.

2. Уничтожаются пустыри, что способствует уменьшению выветривания почв, содержание пыли в воздухе уменьшается.

3. Проводить техосмотр 2 раза в год, т.к. от состояния двигателя зависит количество вредных веществ выбрасываемых автомобилем в атмосферу.

4. Раз в месяц делать проверку СО.

5. Сделать более доступным ремонт автомобиля.

6. Ужесточить санкции по отношению к нарушителям.

Учитель физики: Спасибо за ваши выступления и конструктивные предложения. Наша задача была проанализировать сложившуюся экологическую ситуацию. И работа была проведена огромная.

Перед конференцией был объявлен конкурс на изобретение прибора, выявляющего какое-либо загрязнение окружающей среды.

Из приборов, предложенных на конкурс, были выделены те, в которых есть рациональное зерно и соблюдены физико- химические законы.

Сегодня мы не будем сравнивать конструкции, и проводить анализ достоинств и недостатков. Важен не сам результат, а та мыслительная деятельность, способствующая созданию прибора. Вы просто заявите о приборах по плану:

• загрязнение, которое выявляется прибором;

• принцип действия;

• модель (по возможности).

(Ребятами были предложены экологические установки, выявляющие:

• уровень засоленности почвы;

• уровень мышьяка в опасных выбросах химзаводов

• уровень содержания хлора в атмосфере)

(примерное содержание одного из выступлений)

Экологическая установка по определению мышьяка в опасных выбросах химзаводов АС-33.

Задача представляемого мною вам прибора - определять мышьяк в различных растворах , причем в небольших концентрациях и в виде любых соединений , в том числе : нерастворимых , органических и других .В основе этого препарата лежит реакция восстановления растворимых соединений мышьяка до арсина АsНз - ядовитого газа с резким чесночным запахом .

НзАsO + 4Zn + 4 НSO -> АsНз + 4Zn SO + 4Н0 Также в основу действия препарата легло еще несколько дополнительных реакций:

а) термическое разложение арсина АsHз: 2АsНз->2Аs+ЗН

б) растворение мышьяка Аs в концентрированной серной кислоте НSO: 2Аs + 5 НSO -> 2 НзАsO + 5SO + 2HO

в) реакция образования ортоарсената серебра АgзАsO

НзАsO + ЗАgNOз + ЗNНз*НO -> AgзАsO+ ЗNHNОз + 3HO

Рассмотрим строение аппарата . Установка состоит из следующих частей:

1. Герметичный сосуд с воронкой и газоотводной трубкой для проведения реакции с получением арсина АsНз.

2. V - образная трубка для осушения газа АsНз

3. Штатив , чтобы держать 4.

4. Стеклянная трубка из термостойкого стекла для разложения арсина АsНз до мышьяка Аs .

5. Газовая ацетиленовая СН горелка для достижения высокой температуры .

6. Фарфоровая чашечка для осаждения металлического мышьяка Аs .

7. Пробирка для получаемого раствора НзАsO.

8. Капельная воронка для приливания к получаемому раствору НзАsO ортомышьяковой кислоты аммиачного раствора нитрата серебра AgNOз/NHз*HO.

Рассмотрим принцип действия аппарата.

1. Мышьяк из всех соединений, находящихся в растворе, переходит большей частью в раствор ортомышьяковой кислоты под действием серной кислоты НSO

2As + 5 НSO → 2 НзАsO + 5SO + 2HO

2. Восстановление растворимых соединений мышьяка Аs , большей частью ортомышьяковой кислоты НзАsO в кислом растворе цинка Zn с образованием арсина АsНз

НзАsO + 4Zn + 4HSO -> АsНз + 4ZnSO + 4Н0

3. Осушение выделяющегося газа АsНз в U - образной трубке , наполненной сухим безводным пористым хлоридом кальция СаСl.

Объяснение: газ, проходя через трубку , оставляет всю влагу там из-за того , что безводный хлорид кальция СаСl является сильным осушителем . Он присоединяет к себе воду с образованием кристаллогидрата. Это будет гексагидрат хлорида кальция СаСl*6HO

СаСl + 6Н0 -> СаСl*6HO

4. Термическое разложение арсина АsНз при температуре 300 °С

2АsНз →2Аs + ЗН

5. Появление металлического зеркала на холодной фарфоровой пластинке (чашечке). Это определение наличия Аs нельзя назвать полностью специфичным , так как в присутствии сурьмы SЬ появится точно такое же зеркало . К действию установки необходимо сделать еще поправки и дополнения.

6. Металлическое зеркало из фарфоровой чашечки растворить в концентрированной серной кислоте НSO , а полученный раствор слить в пробирку

2Аs + 5 НSO -> 2 HзАsO + 5 SO + 2 Н0

7. Добавить аммиачный раствор нитрата серебра АgNОз / NНз*Н0 . Если появится помутнение желтого цвета , значит , у нас был раствор ортомышьяковой кислоты НзА§04 . Желтой мутью будет ортоарсенат серебра . В случае с сурьмой Sb такого эффекта наблюдаться не будет . НзАsO + ЗАgNOз + ЗNНз*Н0 -> АgзАsO+ ЗNHNОз + ЗНO

К большому сожалению, собрать аппарат АС-33 и провести опыт , доказывающий содержание мышьяка Аз в каком-то растворе , нам не удастся . Аs , АsНз, НзАsO - очень ядовитые вещества 1 разряда, то есть стоят в одном ряду с такими опасными веществами , как ртуть Нg, соединения ртути, синильная кислота НСК и другие . В школьных химических лабораториях его держать запрещено, в аптеках его отпускают только по специальным рецептам. Но я считаю, что, если бы у нас была такая возможность, то опыт бы обязательно получился. Обобщая сказанное, делаю вывод: при появлении металлического зеркала на холодной фарфоровой чашечке и желтой мути в АgNОз / NНз*Н0 можно быть уверенным , что в испытуемом растворе содержался мышьяк

2АsНз -> 2Аs + ЗН

Учитель физики: Итак, наша конференция подходит к концу.

Главный вывод: каждый человек в ответе за состояние земной природы перед будущим!!!

Если не думать о последствиях своей деятельности, можно нанести ей невосполнимый ущерб, а то и погубить природу, а значит и жизнь на земле.

В вопросе, который сегодня обсуждали мы, не поставили точку, мы только начали об этом говорить. Раз мы это сделали, человечеству жить.

Так будем же жить честно, и с честью выполним возложенные на нас обязанности по охране окружающей среды. Ибо мы существа разумные.

Разум, если даже его притесняют пренебрегают им, в конечном счете, всегда одерживает верх, ибо жить без него невозможно.

Анатоль Франс.

Таблица №1.

Зависимость загрязненности атмосферного воздуха

от интенсивности движения автотранспорта.

1 -ул. Елецкая, 2-я Продольная магистраль (Ворошиловский)

2 - пл. Дзержинского (Тракторозаводской)

3 - пр. Ленина, 7-я Гвардейская (Центральный)

4 - пр. Металлургов (Краснооктябрьский)

5 - пр. Жукова, 2-я Продольная магистраль (Дзержинский)

Таблица №2

Схема воздействия транспорта

на окружающую среду.

Воздух

Вредные вещества в отработавших газах, твердые частицы, поднимаемые с пылью колесами автомашин.

Почва

Отходы, загрязненные нефтепродуктами, сажевые частицы, образовавшиеся при стирании автошин на дорогах.

Вода

Стоки с автомоек, стоянок, гаражей, АЗС, автодорог. Хлориды, используемые для борьбы с гололедом.

Таблица №3.

Рост заболеваемости бронхиальной астмой, аллергическим бронхитом, кожными заболеваниями на 1000 человек.

1. Красноармейский район

2. Кировский район

3. Центральный район

4. Краснооктябрьский район

5. Тракторозаводской район

Таблица № 4.

Оценка и вычисление токсичных продуктов

от работы транспорта.

Машины

t, мин

n

к

Легковые

10

193

3

Грузовые

10

9

3

Автобусы

10

6

3

m(СO)/ мин

m(СO₂)/ мин

m(NO₂)/ мин

m(сажи)/ мин

M, г

0,035

0,217

0,002

0,04

1702

0,017

0,2

0,001

1,1

356

0,017

0,2

0,001

1,1

237

M = tnk (m(СO)/ мин + m(СO₂)/ мин + m(NO₂)/ мин +

+m(сажи)/ мин,

где n- количество машин, остановившихся у светофора;

k- максимальное число переключений.

Подсчитаем общую массу, выделившихся токсичных продуктов:

M= 1702 г + 356 г + 237 г  2 кг

Таким образом, за 10 минут в окружающую среду выделяется до 2 кг токсических продуктов. Не трудно посчитать, что в сутки выбрасывается  290 кг, а в год до 10⁵ кг.

И это только на одном перекрестке, а таких перекрестков в городе много, а в мире…

Нужно задуматься!