ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ үрдіСТЕРГЕ ҚОЛДАНЫЛУЫ

Защита почв (земель)

Защита почв от прогрессирующей деградации и необоснованных потерь — наиболее острая экологическая проблема в земледелии, которая еще далека от своего решения.

В число основных звеньев экологической защиты почв входят:

§защита почв от водной и ветровой эрозии;

§организация севооборотов и системы обработки почв с целью повышения их плодородия;

§мелиоративные мероприятия (борьба с заболачиванием, засолением почв и др.);

§рекультивация нарушенного почвенного покрова;

§защита почв от загрязнения, а полезной флоры и фауны — от уничтожения;

§предотвращение необоснованного изъятия земель из сельскохозяйственного оборота.

Защита почв должна осуществляться на основе комплексного подхода к сельскохозяйственным угодьям как сложным природным образованиям (экосистемам) с обязательным учетом региональных особенностей.

Для борьбы с эрозией почв необходим комплекс мер: землеустроительных (распределение угодий по степени их устойчивости к эрозионным процессам), агротехнических (почвозащитные севообороты, контурная система выращивания сельскохозяйственных культур, при которой задерживается сток, химические средства борьбы и т. д.), лесомелиоративных (полезащитные и водорегулирующие лесные полосы, лесные насаждения на оврагах, балках и т. д.) и гидротехнических (каскадные пруды и т. д.).

При этом учитывают, что гидротехнические мероприятия останавливают развитие эрозии на определенном участке сразу же после их устройства, агротехнические — через несколько лет, а лесомелиоративные — через 10—20 лет после их внедрения.

Для почв, подверженных сильной эрозии, необходим весь комплекс противоэрозионных мер: полосное земледелие, т.е. такая организация территории, при которой прямолинейные контуры полей чередуются с полезащитными лесными полосами, почвозащитные севообороты (для защиты почв от дефляции), облесение оврагов, бесплужные системы обработки почв (применение культиваторов, плоскорезов и т. п.), различные гидротехнические мероприятия (устройство каналов, валов, канав, террас, сооружение водотоков, лотков и др.) и другие меры.

Для борьбы с заболачиванием почв в районах достаточного или избыточного увлажнения в результате нарушения природного водного режима применяют различные осушительные мелиорации. В зависимости от причин заболачивания — это может быть понижение уровня грунтовых вод с помощью закрытого дренажа, открытых каналов или водозаборных сооружений, строительство дамб, спрямление русла реки для защиты от затопления, перехват и сброс атмосферных склоновых вод и др. Однако чрезмерное осушение больших площадей может вызвать нежелательные изменения в экосистемах — переосушку почв, их дегумификацию и декальцинирование, а также вызвать обмеление малых рек, усыхание лесов и т. д.

Для предупреждения вторичного засоления почв необходимо устраивать дренаж, регулировать подачу воды, применять полив дождеванием, использовать капельное и прикорневое орошение, выполнять работы по гидроизоляции оросительных каналов и т. д.

Для предотвращения загрязнения почв пестицидами и другими вредными веществами используют экологические методы защиты растений (биологические, агротехнические и др.), повышают природную способность почв к самоочищению, не применяют особо опасные и стойкие инсектицидные препараты и др.

Например, широко используется разведение и выпуск в агроэкосистемы насекомых-хищников: божьей коровки, жужелицы, муравьев и др. (биологическая защита), внедрение в природные популяции видов или особей, не способных давать потомство (генетический метод защиты), оптимизация размеров отдельных полей для подавления нежелательных видов (агротехнический метод) и т. д.

В США и в ряде стран Западной Европы организована система биологического земледелия, при которой полностью исключено применение пестицидов и минеральных удобрений и где получают «экологически чистые» продукты. Интенсивно ведутся работы по созданию пестицидных препаратов на основе природных ингредиентов (смесь зеленого перца с чесноком и табаком, пудра из ромашки, настои из багульника, живокости, софоры, лука и др).

Изъятие пахотных земель для капитального строительства и других целей может быть допущено лишь в исключительных случаях в соответствии с действующим законодательством. Для сохранения продуктивности земель необходимо вводить научно обоснованные нормы земельных площадей, расширять использование для строительства условно непригодных для сельского хозяйства земель, прокладывать коммуникации под землей, повышать этажность застройки городов и населенных пунктов и т. д.

Охрана недр

Одним из основных принципов охраны окружающей природной среды является рациональное использование природных ресурсов. Для предотвращения возможного их истощения и сохранения запасов недр очень важно соблюдать принцип наиболее полного извлечения из недр основных и попутных полезных ископаемых. Подсчитано, что если повысить отдачу недр всего на 1 %, можно дополнительно получить 9 млн т угля, около 9 млрд м³ газа, свыше 10 млн т нефти, около 3 млн т железной руды и других полезных ископаемых. Все это позволит сократить глубину и масштабы неоправданного проникновения в земные недра, а следовательно, значительно уменьшить отходы горнодобывающих предприятий и оздоровить экологическую обстановку.

Одной из важных проблем, связанных с охраной и рациональным использованием недр, является комплексное использование минерального сырья, включая проблему утилизации отходов.

Отходы при разработке недр бывают твердыми («пустые» горные породы, минеральная пыль), жидкими (шахтные, карьерные и сточные воды) и газообразными (газы, выделяемые из отвалов). Основные направления утилизации отходов и улучшения экологической обстановки — это использование их в качестве сырья, в промышленном и строительном производстве, в дорожном строительстве, для закладки выработанного пространства и для производства удобрений. Жидкие отходы после соответствующей очистки используют для хозяйственно-питьевого водоснабжения, орошения и т. д., газообразные — для отопления и газоснабжения.

При пользовании недрами охраняют также земную поверхность, поверхностные и подземные воды, рекультивируют выработанные участки, предотвращают вредное воздействие на другие компоненты природной среды и качество окружающей среды в целом.

Процесс рекультивации подразделяют на два основных этапа: техническая и биологическая рекультвация. На этапе технической рекультивации засыпают карьерные, строительные и другие выемки, частично разбирают терриконы, отвалы, хвостохранилища, закладывают «пустыми» породами выработанные подземные пространства. После завершения процесса осадки поверхность земли выравнивают. Биологическая рекультивация проводится после технической для создания растительного покрова на подготовленных участках. С ее помощью восстанавливают продуктивность нарушенных земель, формируют зеленый ландшафт, создают условия для обитания животных, растений, микроорганизмов, укрепляют насыпные грунты, предохраняя их от водной и ветровой эрозии, создают сенокосно-пастбищные угодья и т. д.

ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ үрдіСТЕРГЕ ҚОЛДАНЫЛУЫ

Дәріс мақсаты – термодинамиканың бірінші бастамасы туралы жалпы түсінік және оның термодинамикалық үрдістерде қолданылуымен танысу

Жоспар:

1. Негізгі түсініктер

2. Табиғаттың жалпыға бірдей заңы

3. Термодинамиканың I бастамасы

4. I бастаманың термодинамикалық үрдістерге қолданылуы.

Кілт сөздер:жүйе, термодинамика, аргументтер, параметрлер, материя, энергия, күй функциялары, үрдіс, изобара, изотермия, изохора, адиабатты

1. Негізгі түсініктер. Термодинамикалық жүйе деп зерттеу нысаны ретінде қоршаған ортадан бөлініп алынған дене немесе денелер тобын айтады.

Жүйелер: 1) ашық

2) жабық

3) оқшауланған болады

1) ашық жүйелер – бұлар қоршаған ортамен энергия және массаалмасуға түсетін жүйелер (мысалы: пеш үстіндегі ашық қазан)

2) жабық жүйелер – бұлар қоршаған ортамен тек қана энергия алмасуға түсетін жүйелер (мысалы: пеш үстіндегі жабық қазан)

3) оқшауланған жүйелер – бұлар оршаған ортамен энергия және массаалмасуға түспейтін жүйелер (мысалы, термос)

Жүйенің болатын жағдайларын жүйенің термодинамикалық күйлері деп атайды. Жүйенің күйлері күй параметрлерімен анықталады (параметрлер, аргументтер, факторлар)

Термодинамикалық параметрлерге Р, Т, V, n_i жатады.

- Р – қысым – бет ауданының бірлігіне әсер ететін күш

- V – көлем – кеңістіктің жүйемен қамтылған бөлігі

- Т – температура – дененің жылу дәрежесі

- n_i – моль саны – заттың салыстырмалы химиялық массасы

Жүйенің термодинамикалық күйі функционалды тәуелділікпен сипатталады және олкүй теңдеуі деп аталады:

(1) күй теңдеуінің жалпы түрі

(2) идеалды газдың күй теңдеуі

(3) нақты газдың күй теңдеуі

Шамалар

тұрақты айнымалы

аргумент функция

Аргументтер деп тәуелсіз айнымалы шамаларды атайды

Функциялар деп тәуелді айнымалы шамаларды атайды

Параметрлер интенсивті және экстенсивті болады.

Экстенсивті параметрлер деп массаға пропорционалды және жүйеде қосылатын параметрлер аталады (m, V, энтропия)

Интенсивті параметрлер деп массаға тәуелсіз және жүйеде теңесетін параметрлер аталады (Т, Р, концентрация)

Материя – бізге сезім арқылы берілетін ақиқат шындық.

Материяның ажыратылмайтын бөлігі болып қозғалыс саналады.

Энергия – материя қозғалысының өлшемі.

Жұмыс пен жылу – энергия беру формалары.

Жұмыс – жүйе бөлшектерінің бағытталған қозғалысы кезіндегі энергия беру формасы.

Жылу – жүйе бөлшектерінің ретсіздік қозғалысы кезіндегі энергия беру формасы.

Үрдістің функциясын және күй функциясын айырады:

1x

x2

Схеманы талдаудан үрдістің жолына сәйкес жұмыс пен жылудың шамалары өзгеретіндігі, сонымен қатар жолдың шамасы жүйе энергиясының өзгерісіне әсер етпейдігі шығады.

Күй функциялары деп үрдістің жолына тәуелсіз және жүйенің бастапқы және соңғы күйлерімен анықталатын функциялар аталады (мысалы: ішкі энергия, энтальпия, энтропия және т.б.).

Үрдіс функциялары деп үрдістің жолына, оның шамасына, формасына тәуелді функцияларды атайды (мысалы: жұмыс, жылу).

Сыртқы және ішкі энергияларды айырады:

1) Сыртқыэнергия деп қоршаған ортаға қатысты жүйенің энергиясы аталады.

2) Ішкі энергия деп жүйенің барлық ұсақ бөлшектерінің кинетикалық және потенциалды энергияларының жиынтығы аталады.

- өзгеріс (ақырғы)

- күй функцияларының дифференциалды кіші өзгерісі:

- үрдіс функцияларының дифференциалды кіші өзгерісі:

- дербес туындылары

2. Табиғаттың жалпыға бірдей заңы. Жалпыға бірдей табиғаттың заңы – энергия сақталу заңы болып табылады.

Оның тұжырымдары:

Томсон Лорд Кельвин – энергия ізсіз жоғалмайды және жоқтан пайда болмайды, ол бір түрден екінші түрге өтеді.

Джоуль – оқшауланған жүйе энергиясының толық қоры – тұрақты шама болып табылады.

Қазіргі анықтама: энергия ізсіз жоғалмайды және жоқтан пайда болмайды, ол бір түрден екінші түрге дәлме-дәл эквивалентті ара қатыста өтеді.

3. I бастама. Термодинамиканың қызметі болып – энергетикалық балансты есептеуге мүмкіндік беретін математикалық формуланы шығару табылады.

1) Ашық жүйеге берілген жылу ішкі энергияның өзгерісіне және сыртқы механикалық жұмыс жасауға жұмсалады.

(1)

ашық жүйе үшін I бастама

(1^/)

2) Оқшауланған жүйеде ішкі энергияның қоры тұрақты шама болып табылады, ал оның өзгерісі нольге тең болады.

оқшауланған жүйе үшін I бастама

4. I бастаманың термодинамикалық үрдістерге қолданылуы. I бастаманың термодинамикалық үрдістерге қолдануы келесі жоспар бойынша талданады:

1) Үрдісті анықтау (изобарлық, изотермиялық, изохорлық, адиабатты)

2) Сәйкес үрдіс үшін I бастама

3) Жұмысты есептеу формуласы

Изотермиялық деп тұрақты температурада өтетін үрдісті айтады

(1)

I бастама: (2)

Изотермиялық үрдіс кезінде жүйеге берілген жылу толығымен жұмыс жасауға жұмсалады.

(3)

(4)

заттың бір молі үшін заттың n молі үшін

Изохоралық дептұрақты көлемде өтетін үрдісті айтады.

Тұрақты көлемде

(2)

(3)

Изохоралық үрдіс кезінде жүйеге берілген жылу ішкі энергияның өзгерісіне жұмсалады.

Тұрақты қысымда өтетін үрдіс – изобарлық деп аталады.