mozok.click » Фізика » Физика и экология. Альтернативные источники энергии
Інформація про новину
  • Переглядів: 1592
  • Автор: admin
  • Дата: 14-10-2017, 18:28
14-10-2017, 18:28

Физика и экология. Альтернативные источники энергии

Категорія: Фізика

Представьте, что вы на неделю остались без всех современных достижений цивилизации. Вы не можете общаться со своими друзьями по телефону и в Интернете, ваша квартира не отапливается, не подается электричество, вы не можете воспользоваться транспортом...

Возможность пользоваться достижениями, которые дали нам физика и техника, — это бесспорный плюс. Но, к сожалению, есть и минус. Быстрое развитие техники, которая требует все больше и больше энергии, истощение запасов полезных ископаемых, повсеместное использование синтетических материалов, строительство сооружений и магистралей из железобетона и др., — все это приводит к значительному ухудшению экологической ситуации. Физика и проблемы экологии — тема последнего в этом учебном году урока.

Рис. 1. Мусор, попадая в океан, приводит к уничтожению естественного планктона, который вырабатывает до 50 % кислорода, содержащегося в атмосфере Земли

Узнаём о разных типах и видах загрязнения окружающей среды

Существуют два типа загрязнений: естественные и антропогенные.

Попробуйте привести 2-3 примера каждого типа загрязнений.

В каждом из указанных типов можно выделить такие виды загрязнений: химическое, биологическое, механическое (рис. 1, 2), физическое загрязнение. Понятно, что негативное влияние веществ-загрязнителей и излучений зависит от их концентрации, стойкости (времени их существования), химической и радиационной активности.

Рис. 2. Смог (дым, пыль, туман), образующийся в крупных городах, увеличивает количество осадков, препятствует проникновению солнечных лучей, приводит к отравлению человека изнутри

Мы остановимся на антропогенном физическом загрязнении окружающей среды, а именно на тепловом, шумовом, радиоактивном и электромагнитном загрязнениях. Заметим, что мы уже обращали на них внимание при изучении соответствующих тем.



Вспоминаем о тепловом загрязнении

Тепловое загрязнение прежде всего связано с парниковым эффектом. Для работы промышленности, транспорта, получения электрической энергии, отопления помещений человечество сжигает огромное количество угля, нефти и газа. При этом в атмосферу выбрасывается углекислый газ (CO2), который становится своеобразным зеркалом, отражающим тепловое излучение, идущее от Земли. В результате часть энергии задерживается

в атмосфере и увеличивает ее температуру. Из-за парникового эффекта средняя температура поверхности Земли повысилась на 0,7 °С. Такое нагревание стало причиной глобальных изменений климата, сопровождающихся ливнями и засухами. С глобальным потеплением связано таяние ледников в Арктике и Антарктике (рис. 3), повышение уровня Мирового океана и т. д.

Рис. 3. По данным спутниковых радаров, каждые 10 лет высота шельфовых ледников в морях Беллинсгаузена и Амундсена (Антарктида) уменьшается в среднем на 740-1920 см

Рис. 4. Сине-зеленые водоросли, разрастаясь в теплой воде, активно поглощают кислород

Рис. 5. Измерение уровня шума от глушителя автомобиля

Источниками теплового загрязнения являются также теплотрассы, подземные газопроводы, теплоэлектростанции, использующие для слива горячей воды водоемы. Нагревание водоемов, в свою очередь, приводит к уменьшению в них растворенного кислорода (ведь с увеличением температуры растворимость газов уменьшается), что служит причиной роста сине-зеленых водорослей (рис. 4), которые тоже поглощают кислород.

А вот на вопрос «К чему приводит недостаток кислорода в водоеме?» попробуйте ответить самостоятельно.


Боремся с шумовым загрязнением

Шум в 20-30 децибел (дБ) практически безвреден для человека. А вот шум большей мощности приводит к ухудшению слуха, увеличивает кровяное давление, негативно влияет на сердечно-сосудистую систему, может вызвать нервные и психические расстройства.

Самым мощным и распространенным источником шума является транспорт, на который приходится 60-80 % всех шумов в местах пребывания людей. Уровень шума, создаваемый автомобильным транспортом, может составлять 75-85 дБ, железнодорожным и авиационным — свыше 100 дБ.

Учитывая, что для человека не является вредным шум только в 20-30 дБ, можно понять, насколько негативное воздействие испытают люди, живущие, например, вблизи больших магистралей, железных дорог, аэропортов.

Таким образом, борьба с транспортным шумом (см. рис. 5, 6) имеет важное значение и осуществляется в нескольких направлениях: создание малошумных транспортных средств,

улучшение покрытия дорог, продуманное расположение и оборудование магистралей (кольцевые дороги, объезды, зеленые насаждения, шумозащитные экраны), организационные меры (запрет полетов самолетов над большими городами, обязательное наличие глушителей, запрет звуковых сигналов и т. п.).

Какие еще источники шума, кроме транспорта, вы знаете? Как можно защитить себя от этого шума?

Вспоминаем о радиационном и электромагнитном загрязнениях

Из раздела III вы узнали об электромагнитном загрязнении, из раздела IV — о радиационном. Вспомним основные источники этих загрязнений, последствия негативного влияния радиоактивного и электромагнитного излучений на человека, выясним, как избежать этих последствий.

 

Радиационное

загрязнение

Электромагнитное

загрязнение

Источ

ники

загряз

нения

Аварии на атомных электростанциях. Рентгеновские и γ-исследования. Лечение γ-излучением (химиотерапия). Терригенное (земное) излучение (щебень, керамзит, гранит; радон, выходящий из недр Земли и скапливающийся в подвалах)

Высоковольтные линии электропередач.

Теле- и радиостанции. Мобильные телефоны. СВЧ-печи.

Электростанции. Трансформаторные станции. Компьютеры

Негативное воздействие

Разрушает клетки организма. Влияет на наследственность. Повреждает молекулы ДНК, что приводит к злокачественным опухолям. Служит причиной лучевой болезни

Увеличивает утомляемость. Служит причиной нервных нарушений. Увеличивает вероятность бесплодия. Может привести к опухоли мозга. Снижает иммунитет

Средства

борьбы

Проходить рентгеновское исследование не чаще одного раза в год. Не находиться в зоне радиационного загрязнения. Регулярно проветривать помещение. Меньше времени находиться в закрытых помещениях, вблизи гранитных дорог

Уменьшить время использования беспроводных сетей. Использовать преимущественно проводную связь.

Не держать мобильный телефон вблизи головы (использовать наушники). Не носить мобильный телефон в кармане

Узнаём об альтернативных источниках энергии

На протяжении многих веков углеводородное топливо (дрова, уголь, торф, газ, нефть) было практически единственным источником энергии для человечества, причем оно почти не наносило ущерба окружающей среде. Но за последнее столетие резко увеличилось использование тепловых машин, преобразующих энергию топлива в механическую и электрическую энергии. Это привело, во-первых, к истощению ископаемых ресурсов, во-вторых, к глобальному изменению климата Земли. Человечество пока не может снизить количество потребляемой энергии, — наоборот, это количество неуклонно растет, и большая часть энергии по-прежнему производится за счет сжигания быстро исчерпывающихся углеводородных видов топлива (рис. 7).

Современное развитие техники позволяет использовать альтернативные источники энергии, а именно ядерную энергию, энергии ветра и Солнца, энергию приливов и отливов, геотермальную энергию Земли. Приведем несколько примеров.

Атомная энергетикаФранции имеет наибольший уровень использования атомной энергии в Европе: 78 % электроэнергии, производимой в стране, дают именно атомные электростанции (рис. 8).


Во многих странах начинает развиваться солнечная энергетика. На энергии Солнца работают и огромные электростанции, и небольшие солнечные панели, обслуживающие частные дома. Используют два способа преобразования солнечной энергии в электрическую: прямое преобразование с помощью полупроводниковых устройств (рис. 9) и преобразование солнечной энергии сначала в тепловую, а затем в электрическую (рис. 10).

Еще один возобновляемый источник энергии — ветер. Ветроэнергетика развивается очень быстро: хотя сейчас

ветрогенераторы вырабатывают всего лишь 1 % электроэнергии в мире, есть страны, в которых доля ветроэнергетики довольно высока. Так, 42 % электроэнергии Дании производится с использованием энергии ветра (рис. 11).

Рис. 10. Одна из крупнейших солнечных электростанций в мире — «Айванпа» (США, Калифорния). 173 тыс. зеркал отражают солнечный свет и направляют его на вершины трех башен, где установлены котлы с водой. Горячий пар поступает на лопасти турбин, установленных в башнях

Рис. 11. Ветрогенераторы, установленные вдоль побережья Дании, полностью удовлетворяют нужды севера страны в энергии и позволяют поставлять электроэнергию другим странам

Рис. 12. Теплоснабжение столицы Исландии Рейкьявика полностью осуществляется от геотермальной станции, расположенной в 7 км от города

Мощный и практически неисчерпаемый источник энергии — энергия приливов и отливов. Первая приливная электростанция была построена во Франции еще в 1966 г., она имела мощность 240 МВт. Эта электростанция работает и сегодня. В наше время приливные электростанции есть почти во всех уголках нашей планеты.

Страны, расположенные в районах вулканической активности, могут использовать геотермальную энергию (энергию горячей воды, сухого и влажного пара, поднимающихся из недр Земли близко к поверхности). Геотермальную энергию активно используют, например, в Исландии (рис. 12), на Филиппинах (27 % производства электроэнергии страны), в Мексике, США.

Подводим итоги

Быстрое развитие техники, повсеместное использование синтетических материалов, сжигание огромного количества углеводородного топлива приводят к ухудшению экологической ситуации на нашей планете. Самое большое загрязнение окружающей среды происходит из-за человека (антропогенное загрязнение). Его деятельность приводит к образованию островов мусора в океане (механическое загрязнение), дополнительным выбросам тепла в атмосферу и водоемы (тепловое загрязнение), существенному повышению радиационного фона (радиационное загрязнение). На здоровье человека влияет также увеличение уровня шума (шумовое загрязнение) и концентрации электромагнитного излучения (электромагнитное загрязнение).

Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере Земли уже привело к тому, что средняя температура планеты повысилась на 0,7 °С. Чтобы уменьшить количество выбросов и хотя бы частично сохранить запасы полезных ископаемых, правительства стран поддерживают использование альтернативных источников энергии, а именно энергии Солнца и ветра, приливов и отливов, ядерной и геотермальной энергий.

 

Это материал учебника Физика 9 класс Барьяхтар, Довгий

 






^