Проблемы получения энергии - конспект - Химия, Конспект из Химия
zaycev_ia
zaycev_ia20 June 2013

Проблемы получения энергии - конспект - Химия, Конспект из Химия

PDF (88.1 KB)
10 страница
184количество посещений
Описание
I.M. Sechenov Moscow Medical Academy. Реферат по химии. Проблемы получения энергии. Фотон вместо бензина. Использование водородно-кислотного элемента. Ядерные процессы. Водородные двигатели. Использование традиционного ...
20очки
пункты необходимо загрузить
этот документ
скачать документ
предварительный показ3 страница / 10
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ

Реферат по химии

Ученика 9 «А» класса средней школы № 117

г. Н. Новгород. Учитель Пономарева М.Ю.

1998 г.

2

ПЛАН 1. Проблемы получения энергии. 2. Фотон вместо бензина. 3. Использование водородно-кислотного элемента. 4. Ядерные процессы. 5. Водородные двигатели. 6. Использование традиционного топлива в новом качестве.

3

Сейчас на человечество надвигается энергетический кризис, и пока официальная наука с прискорбием сообщает, что нет альтернативы традиционным источникам энергии - уголь, нефть, газ.

Огромную часть энергии дают нам АЭС и ГЭС. Поговорим об АЭС. На них используется энергия, получающаяся в результате расщепления атомного ядра. Но год назад Владимир Машков в своих исследованиях предложил расщеплять не тяжелые атомы, а легчайшие элементарные частицы.

Электроны и протоны будут превращаться в носители света – фотоны. При этом не образуется никаких осколков деления; вместо радиоактивных отходов мы получим энергию в чистом виде. На земле наступит экологический рай…

Самый наглядный пример превращения элементарных частиц в фотоны с выделением энергии – это шаровая молния. Она может существовать несколько минут, потому что имеет источник энергии. Не будь его – шаровая молния сразу бы распалась. Но она представляет собой некий плазменный комплекс, в котором электрические и магнитные поля формируют взаимопереходящие друг в друга бегущие и стоячие волны. В результате часть свободных электронов внутри объема шаровой молнии разлагается в энергию фотонов под действием электрических полей.

Фотонная энергетика открывает перед человечеством грандиозные перспективы. А, следовательно, уголь, нефть и газ перестанут использовать как топливо. На всех машинах установят источники фотонной энергии, горючим для которых станет атмосфера или кусок любого вещества.

Вот такую идею предложил известный исследователь физических полей и строения микромира, заместитель главного инженера Таганрогского авиационного завода Владимир Машков.

Но пока эти проекты не доступны и будут использоваться только в будущем, ну а сейчас уже ни у кого не остается сомнений, что человечество стоит на пороге эры нового топлива.

А пока разрабатываются новые проекты источников энергии. Например, водородно-кислотная система, извлекающая энергию из воды путем электролиза.

Проведем несложный опыт. В закрытый сосуд с разбав- ленным раствором серной кислоты погружены два платино вых электрода. Один из них обтекается водородом, дру гой - кислородом. Газы поступают из помещенных под электродами трубок, которые отделены друг от друга полунепроницаемой диафрагмой. Она препятствует прямому взаимодействию топлива, то есть водорода с кислородом. На аноде (положительном полюсе) молекулы водорода (Н2) благо-

4

даря каталитическому действию поверхности платины дис- социируют на два атома (2Н), которые переходят в раствор в виде ионов Н+, оставляя свои электроны на платиновом аноде. Водородные ионы легко проходят через полунепроницаемую диафрагму в другую половину сосуда, на катоде (отрицательный полюс) кислород соединяется с ато- мами водорода или с водородными ионами и электронами, об- разуя воду. Если соединить оба полюса топливного эле мента, то свободные электроны двинутся по нему от катода к аноду - в цепи потечет электрический ток. _________________________________________________________

ПОТРЕБИТЕЛЬ

АНОД + - КАТОД

ЭЛЕКТРОЛИТ

Н

ДИАФРАГМА

Н2 О2

Физики сумели установить возможность ядерных реакций между легкими атомами, в том числе возможность реакций

ee- Н +

5

между атомами дейтерия (изотоп водорода).

2 D + 2 D = 1 H + 3 T

В результате получается атомы трития и протия - изо- топы водорода. К такой реакции неприменим закон сохранения массы, каким его представляла старая химия - в результате реак ции получается недостача:

2x2.014102-1.007825-3.016049=0.00433Г

Это немалая недостача, она означает, что если бы удалось найти условия, при которых может протекать реак ция между двумя молями тяжелого водорода, то согласно уравнению Эйнштейна E= mc2 можно было бы получить энер гию:

0.00433x(3x1010)2Дж=3.9x1011Дж

Это немалая энергия. В наше время, чтобы получить такую энергию, приходится сжигать в топках котлов ни много, ни мало 13,5 т первосортного угля.

Между тем в соответствии с уравнением ядерной реак ции такую энергию можно получить при затрате всего лишь 120, 6 кг. Что же мешает получать энергию из воды? Чтобы атомы могли вступить в ядерную реакцию, их ядра должны столкнутся, то есть сблизится до расстояния, начи ная с которого межъядерные силы уже могут преодолеть электрическое отталкивание - примерно 10-14м. Но ядра атомов защищены своими электронными оболочками. Это оболочки простираются на расстояния в десятки тысяч раз больше. А самое главное - ядра заряжены и отталки- ваются друг от друга, как и все одноименно заряженные тела. Из закона Кулона следует, что потенциальная энергия (в джоулях) двух ядер, на расстояние 10-14м, должна быть равна:

Z1xZ2x(1.6x10-19)2x9x109

10-14

1 1 1 1

Дж = 2.3x10-14xZ1xZ2Дж

6

если между собой сталкиваются элементы с атомными но мерами Z1 и Z2 .

Можно найти и скорость, с которой должны столк нуться атомы, чтобы могла начаться ядерная реакция:

Z1xZ2 V = 5.3x108x

A

У дейтерия атомный номер Z=1. Масса изотопа А = 2, следовательно, скорость атомов должна быть: V = 3,8 x 106 м/с или 3800 км/с, что в 475 раз больше 1-ой кос- мической скорости. При обычной температуре физикам из вестна средняя скорость теплового движения у атомов дейтерия, она равна всего лишь 1,9 м /с. При комнатной температуре, равной примерно 239 К, кинетическая энер гия молекул возрастает пропорционально термодинамиче ской температуре, или, что то же самое, пропорцио нально квадрату скоро сти. Следовательно, чтобы средняя скорость молекул дейтерия была достаточной для реакции между ядрами, нужно нагреть тяжелый водород до темпе ратуры:

38002

Т = 293 х К = 1,2 х 109 К

1,92

Итак, сталкиваться и реагировать между собой могут только ядра дейтерия «нагретые» до температуры свыше миллиарда Кельвинов. Вот в этом то и заключается до вольно серьезное затруднение для истинных героев науки - физиков.

7

Весьма заманчива своей дешевизной оказалась идея двигателя внутреннего сгорания, использующего в каче стве топлива водород. Такой мотор, потребляя водород и воздух, выбрасывает в качестве продукта горения воду.

Американские исследователи Университета штата Окла хома приспособили для водорода классический бензиновый автомобильный двигатель. Оказалось, что при прямом впрыскивании водорода в цилиндры - как в дизельных двигателях - отпадает надобность в опережении зажига ния. Как показал анализ выхлопных газов, окислы серы и углерода в них вообще отсутствуют, а окислы азота со держится лишь в незначительных количествах.

Однако широкому применению водорода в качестве авто- мобильного топлива препятствует немало проблем, и са мая трудная из них - топливные баки. На 10 кг водорода автомобиль может проехать столько же, сколько на 30 кг бензина, но такое количество газообразного водорода занимает объем 8000 л, а чтобы хранить его требуется прочный резервуар массой 1500 кг. Это натолкнуло кон- структоров на мысль использовать сжиженный водород; тогда те же 10 кг водорода помещаются в баллоне массой 80 кг и емкостью 160 л. Но чтобы иметь водород в сжиженном состоянии, нужно под держивать в баллоне температуру -2530С. Применять со суды Дьюара было бы слишком дорого. Возможно, конст рукторам удастся использовать какие-то варианты широко применяемых в настоящее время резервуаров для хранения жидкого топлива, у которых суточные потери на испаре ние не превышают 1,5%. Так, в экспериментальном авто мобиле «Волга» смонтирован криогенный водородный бак общей массой 140 кг. Специалисты нашли и другое реше ние: бак можно изготовить из гидридов металлов сплавов магния, марганца, титана и железа, которые обладают тем преимуществом, что поглощают часть испаряющегося водорода, а при нагреве (хотя бы выхлопными газами) снова выделяют его. Масса водородного бака из гидридов металлов превышает 150 кг.

Новое топливо уже опробовано на практике. Успешно прошел испытания автомобиль «Жигули» с комбинированным двигателем на бензине и водороде. К.П.Д. двигателя по- высился на четверть, расход бензина уменьшился на треть, а содержание вредных веществ в выхлопных газах снизилось до минимума. Большие надежды возлагаются и на электромобили, снабженные водородо-кислотными топ ливными системами.

По мнению многих специалистов, водородный двигатель вряд ли найдет применение в легковых автомобилях, по

8

соображениям безопасности, но он может пригодиться для общественного транспорта.

Большой интерес к водородному топливу проявляют и авиаконструкторы. В США еще в 1957г. исследовательская группа Национального управления по аэронавтике и ис- следованию космического пространства проводила испыта ния двухмоторного самолета на водородном топливе. В 1973г. НАСА поручило фирме «Локхид» приспособить для водородного топлива два серийных боевых самолета (С-141 и «Старфайтер»). Фирма «Боинг» разработала вариант крупнейшего самолета «Джамбо-Джет» на водородном топ ливе.

Есть еще одно важное соединение водорода - это пере- кись водорода, которая применяется для двигателей под водных лодок, ракетных двигателей, в том числе и та ких, которые могут поместиться в ранце за спиной чело века.

На прошедшей в Москве международной конференции по моторному топливу заместитель директора научно-произ- водственной фирмы «Фордигаз» Сергей Шипунов уверял участников конференции, что если установить на автомо билях их топливные системы для двигателей внутреннего сгорания, то содержание вредных веществ в выхлопных газах уменьшится в сотни раз. Во всем мире считается большим достижением, если удается уменьшить на не сколько процентов количество этих ядов. Даже если пе ревести автомобили с жидкого на газовое топливо, то вредных веществ в дыме станет в 3-10 раз меньше. А «Фордигаз» уверяет, что может понизить их содержание еще на порядок для машин на газе и на два порядка - на бензине. Это кажется просто невероятным.

Тем не менее «Фордигаз» убедился в этом на опыте. Топливная система была установлена не на автомобиле, а на двигателе для мобильной электростанции мощностью 4 киловатта. 14 человек проходили испытания в комнате площадью 20 квадратных метров. Окна в ней были за крыты, а выхлопная труба выходила прямо в помещение. И вот мы залили в бак бензин, включили двигатель.

Двигатель работал на полную мощность целый час, но присутствующие не испытывали особых неудобств. Только стало жарко, но воздух был совершенно чистым. А газо анализатор «Инфолит», сделанный в Германии, показал нулевое содержание вредных веществ в выхлопных газах. Когда сняли топливную систему и двигатель стал рабо тать в обычном режиме, дым быстро наполнил комнату. Через 4 минуты присутствующие чуть не задохнулись.

А чудо объяснялось просто. Топливная система обеспе- чивала идеальное перемешивание воздуха с бензином, в результате он сгорал полностью - из выхлопной трубы вылетали только пары воды и углекислый газ.

9

Сначала жидкое топливо превращается потоком воздуха в аэрозоль. Он увлажняет специальную ткань, а с нее воздух срывает уже не капельки, а отдельные молекулы бензина. В результате жидкое топливо превращается в газообразное, и в таком состоянии поступает в специ альный смеситель. Там к горючему добавляют строго оп ределенную порцию воздуха и хорошо их перемешивают. Особые устройства поддерживают оптимальное соотношение молекул кислорода и углеводов на протяжении всей ра боты двигателя - в результате топливо сгорает без ос татка. Водители знают, что обычный двигатель дает 7-8% окиси углерода в выхлопных газах, в лучшем случае (если хорошо отрегулировать) до 2%. Но испытания пер вого двигателя с топливной системой показали, что содержание окиси углерода составило 8 сотых долей про цента. Это устройство величиной чуть больше стакана. Воздух и горючее проходят в нем по изогнутым каналам, которые лихо закручивают и перемешивают эту смесь, делая ее максимально однородной. И такая хитрая операция дает удивительный эффект. Расход горючего снизился 20%. Но главное - количе ство токсичных выбросов в атмосферы уменьшилось в 3 раза. Давно известно, что задымление атмосферы вызывает парниковый эффект, из-за которого теплеет климат, тают ледники, затопляется суша, задыхаются люди. Наибольший вклад в эти разрушения вносит углекислый газ. Поэтому стала полной неожиданностью идея, родившаяся в инсти туте горючих ископаемых: использовать углекислый газ для борьбы с парниковым эффектом. Извлекая газ из дыма, и пропуская через воду с катализатором, можно получать нечто подобное нефти. При этом выделится много кисло рода. На ощупь, по цвету и запаху эта жидкость напоминала настоящую нефть. Ее создатель академик АН Белоруссии заслуженный профессор Ярослав Паушкин подтвердил сход ство результатами ее исследований - спектрометриче ским, рентгенографическими, хроматографифеским и другими методами. Облучая ультрафиолетом, раствор углекислого газа в воде, ученые получали ничтожное количество простых ор- ганических веществ. А Паушкин в Институте синтезировал сложные углеводороды и в больших количествах. То есть смоделировал некий эквивалент биосинтеза, который идет в искусственных условиях. Идею этого эксперимента подсказали ему растения. Ка- ждый знает, что под действием солнечных лучей в расте ниях из воды и углекислого газа образуются органиче ские вещества. Но как? Для того чтобы соединить угле род с

10

водородом, нужно отщепить эти элементы от моле кул исходных веществ. Люди делают это путем разложения воды электролизом. Но растения делают это намного тоньше. Ученый взял обыкновенную воду, размешал в ней питье вую соду и металлический порошок, нагрел до 400С. Тут вода бурно закипела и стала темнеть, превращаясь в ве щества, подобные нефти.

Однако, это не такой способ получения органических веществ, как в растениях. В лаборатории смоделировали лишь похожую установку. Но почти такие же процессы мо гут идти под землей, когда получается нефть.

Для опытов использовали углекислоту - «сухой лед» или питьевую соду - соединение углекислого газа. Но, по мнению Паушкина, можно разработать установку, кото рая будет извлекать углекислый газ из дыма промышлен ных предприятий, и тут же насыщать им воду с катализа торами. При этом надо удалять «побочный продукт» неф тяного производства - кислород, иначе пойдет обратная реакция.

Вот такие проекты сейчас разрабатываются, и надеюсь, за ними последует еще не один проект, еще более совершенный, чем нынешние.

комментарии (0)
не были сделаны комментарии
Напиши ваш первый комментарий
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
Docsity не оптимизирован для браузера, который вы используете. Войдите с помощью Google Chrome, Firefox, Internet Explorer 9+ или Safari! Скачать Google Chrome