Автомобиль

ОГЛАВЛЕНИЕ

Наверное, никто из создателей первых автомобилей не думал о том, что их творения станут настолько популярными – на начало ХХI века количество автомобилей в мире перешагнуло отметку в 600 млн. экземпляров. Экономисты прогнозируют, что через 15 – 20 лет число автомобилей в мире перешагнет отметку в 1,5 млрд.

Мы должны принять, как свершившийся факт, то что количество автомобилей в мире будет возрастать и возрастать очень быстро. И надо понять к чему это приведет. Будет ли возрастание количества автомобилей благом или вредом?

Нашей задачей будет рассмотреть влияние автомобильной промышленности на экологию и проблемы с этим связанные, на общество, установить влияние на развития автопромышленности на науку и промышленность в целом.

Человечество на протяжении всей своей истории стремилось использовать источники энергии для решения своих задач. На заре истории человек начал использовать энергию падающей воды, позже, в средние века человечество научилось использовать энергию ветра. Со временем этого стало недостаточно для развития промышленности, ведь ветер не всегда достаточно силен, для того чтобы вращать крылья ветряных мельниц, а вода замерзает зимой. Но в конце ХVIII века был изобретен паровой двигатель. С изобретением парового двигателя стало возможным дальнейшее развитие техники и промышленности.

Но паровой двигатель имеет очень низкий коэффициент полезного действия, большую часть полученной при сгорании топлива энергии он попросту выбрасывает в воздух. Поэтому начались исследования по постройке двигателей внутреннего сгорания.

Каждый из рассмотренных нами этапов развития человечества имел свой источник энергии. И каждый последующий источник был более мощным и позволял получать большее количество энергии при меньших затратах. Поэтому мы можем сделать вывод, что развитие техники и промышленности напрямую зависит от уровня использования внутренней энергии тел. Человечество училось использовать более высококалорийные виды топлива И это действительно был процесс обучения, ведь для создания паровой машины, необходимо иметь познания в механике, металлургии, свойствах паров и газов. Человечество постепенно осваивало те источники энергии, которые он могло освоить, пребывая на своем уровне развития.

2. Основная часть

За своим назначением тепловые машины можно разделить на три вида: тепловые двигатели, тепловые насосы и холодильные машины. Тепловая машина трансформирует теплоту в работу. В тепловых машинах при исполнении работы теплота от более нагретого тела передается менее нагретому.

2.1 Виды теплового двигателя.

Современная техника использует три типа тепловых машин: поршневые, турбинные и реактивные. Газовые турбины позволяют получать большие мощности при сравнительно небольших размерах. Они широко используются в авиации, корабельных установках, на железнодорожном транспорте и постепенно внедряются на теплоэлектростанциях.

Поршневые двигатели также разделяются на три группы: на двигатели, которые работают по циклу Отто (карбюраторные), циклу Дизеля (дизельные) и по циклу Тринклера с использованием форсунки.

Каждый из этих видов двигателей имеет свои положительные и отрицательные качества. Дизельные двигатели, например, имеют высокий коэффициент полезного действия и большую мощность по сравнению с карбюраторным двигателем.

2.2. Принцип действия теплового двигателя.

Наиболее широко используются поршневые двигатели внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания – это тепловая машина, в которой топливо сжигается в цилиндре под поршнем. Теплота сгорания при этом превращается в работу при помощи поршня и кривошипно-шатунного механизма. Цилиндр имеет два отверстия с клапанами, через один из которых происходит впрыск рабочего тела (воздуха или смеси воздуха с парами бензина), а через другой выход продуктов сгорания после завершения цикла. Поршень в цилиндре двигателя во время одного цикла Отто совершает четыре хода или такта: всасывание, сжимание, расширение после сгорания смеси. Коэффициент полезного действия такого двигателя равен:

, где - степень сжатия.

Согласно формулы, коэффициент полезного действия двигателя зависит от степени сжатия, который в свою очередь зависит от качества топлива, показателя адиабаты ¹. Увеличение меры сжатия ограничено самовозгоранием топлива, что резко снижает экономичность двигателя. Степень сжатия в обычных карбюраторных двигателях не превышает 7 – 12 ².

Развитие автомобилестроения требовало новых материалов, топлив, сплавов. Все эти материалы производит химическая промышленность.

2.3 Развитие шин (резина).

Для функционирования автомобилей необходимо большое количество резины, много ее идет на изготовление шин, но не менее она важна и при изготовлении различных материалов для топливной системы.

Но все же львиная доля резины идет на изготовление шин. Для изготовления шин используют искусственный каучук, в который для улучшения его свойств добавляют сажу, металлическую проволоку, антиокислители, красители.

В начале ХХ века для изготовления шин использовали природный каучук, но его количество было ограничено, поэтому было необходимо наладить изготовление искусственного каучука. Его изготовление наладили в СССР в 1932 году под руководством академика С. В. Лебедева из этилового спирта, который химически превращали в бутадиен 1,3 и полимеризировали в каучук:

Таким образом получили бутадиеновый каучук³. Сейчас для производства шин используют более качественные виды каучука: бутадиен-стирольный, который получают при совместной полимеризации бутадиена и стирола, он отличается от бутадиенового большей стойкостью к истиранию, большей морозостойкостью.

2.4 Бензины (новые виды топлива).

Для работы двигателям автомобилей необходимо топливо. В виде топлива используют продукты переработки нефти, они получили название бензинов. Для переработки нефти принято использовать перегонку и крекинг. Перегонка только разделяет нефть на несколько фракций с разной температурой кипения, а крекинг позволяет получить бензины за счет расщепления сложных веществ нефти.

В состав бензинов входят углеводороды с количеством атомов углерода в молекуле от 4 до 7. Температура их кипения лежит в области 30 – 200°С⁴. Кроме углеводородов в состав бензинов входят также различные добавки призванные улучшить его качество. Как добавки используют антиоксиданты, которые повышают химическую стабильность бензина, антидетонаторы, которые повышают октановое число.

Сейчас, когда проблема загрязнения воздуха стала очень важна, особенно в больших городах, автомобили стали переводить на использование альтернативных видов топлива: газа, биотоплива, например, топливо Е85 (85% этанола и 15% бензина), стоимость которого на 25% дешевле традиционного топлива, уже используют в многих странах Европы.

2.5. Вклад ученых в исследование теплового двигателя.

Многие ученые мира внесли свой вклад в исследование свойств тепловых двигателей. Среди них можно назвать К. Бенца, Г. Даймлера, К. Отто, О. Дизеля, которые своими работами создали тот современный двигатель, который мы знаем. Но работы этих ученых были востребованы обществом, поскольку промышленности необходимо было перевозить грузы, а железнодорожный транспорт был не везде. Именно поэтому и велись разработки двигателей внутреннего сгорания, которые и позволили транспортировать грузы и перевозить пассажиров.

Также надо назвать тех ученых, работы которых не были непосредственно связаны с автомобильной промышленностью, но без их вклада развитие автопромышленности было бы невозможно. Это творец синтетического каучука С. В. Лебедев, изобретатель процесса крекинга (переработки нефти) А. А. Летний, и В. Г. Шухов, который первым создал промышленную установку по крекингу нефти⁵.

Внедрение двигателей внутреннего сгорания изменило мир. Расстояния уменьшились, поскольку стало возможным быстрее преодолевать их, началось развитие многих видов промышленности, связанных с автомобилестроением.

2.6 Проблемы, возникшие при внедрении тепловых двигателей

При внедрении тепловых двигателей возникло также и много проблем, среди них надо выделить социальные проблемы и проблемы экологического плана.

Тепловые двигатели изменили мир. Они увеличили производительность труда рабочих во много раз и там, где раньше работу выполнял десяток рабочих остался только один. Поэтому внедрение тепловых двигателей привело в массовой безработице, народным волнениям, например можно вспомнить движение луддистов в Англии.

Но развитие промышленности не остановить и использование тепловых двигателей все возрастало, это привело к возникновению экологических проблем и в первую очередь загазованности воздуха и накопления отходов деятельности тепловых двигателей. Для решения этих проблем используют различные пути, например, переводят тепловые двигатели на использование более экологически чистых топлив, например, биотоплива с высоким содержанием этанола, как топливо используют природный газ. Моральные проблемы при использовании тепловых двигателей тесно связаны с экологическими проблемами. В последнее время остро стал вопрос исчерпания запасов нефти в мире. И многих заботит проблема моральности использования залежей нефти, ведь мы, забираем эти ресурсы у последующих поколений жителей планеты. Многие видные политики и ученые выступают за ограничение использования исчерпаемых запасов полезных ископаемых.

У автомобиля как транспортного средства есть как свои плюсы так и минусы. К плюсам можно отнести, то что при его помощи можно транспортировать грузы и перевозить пассажиров, а к минусам – экологические проблемы при его использовании.

Выводы

На основе рассмотренного нами материала можно сделать вывод, что развитие автомобильной промышленности привело к развитию науки и техники. Автомобильная промышленность была катализатором развития физики, особенно физики металлов и сплавов, динамики, теории сопротивления материалов, химии, особенно в том, что относилось получения новых материалов.

Развитие автомобильной промышленности требовало также и постройки новых дорог, транспортных магистралей, а постройка их также была бы невозможна без получения новых материалов для покрытия дорог. А это также требует развития промышленности и науки.

Каждому автомобилю необходимо топливо. Без него он превратится в простое железо. Поэтому необходимо развитие геологии, которая ищет залежи нефти, химии, которая изучает переработку нефти.

Автомобиль в ХХ веке стал не роскошью и не средством передвижения, в первую очередь он стал тем катализатором, который привел к развитию науки и техники.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Дущенко В. П., Кучерук И. М. Общая физика. – К.: Высшая школа, 1995. – 430 с.

2. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1982. – 846 с.

3. Химия: Справочное издание/ под ред. В. Шретер, К.-Х, Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. – М.: Химия, 1989.– 648 с.

1. Дорогин Ю. А. Использование полимерных материалов. – М.: Просвещение, 1991. – 212 с.

2. Химическая энциклопедия в 5 т. / под ред. И. Л. Кнунянца. – М.:Советская энциклопедия, 1990.

3. Петров А. А., Бальян Х. В., Трощено А. Т. Органическая химия. – М.:Высшая школа, 1965.– 600 с.