Підручник Фізика 8 клас - А. М. Сердюченко - Освіта 2016 рік

Розділ 2. Зміна агрегатних станів речовини

ЧАСТИНА І. ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

§ 16. Енергія палива. Питома теплота згоряння палива. Обчислення кількості теплоти, що виділяється під час повного згоряння палива

Думки вголос

Я зможу обчислювати кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні палива.

Теплову енергію часто отримують шляхом спалювання різних речовин.

Приклади таких речовин: природний газ, вугілля, дрова, торф, горючі сланці, порох. Найчастіше використовують такі речовини, які під час горіння дають найбільший тепловий ефект.

Такі речовини називають паливом. Горіння відбувається обов’язково з доступом кисню. Якість палива залежить від вмісту в ньому вуглецю (мал. 64).

Хімічна реакція горіння метану (природного газу):

СН4 + 2О2→ СО2 + 2Н2O + Q

Природний газ на 90 % складається з метану (CH4). Під час згоряння 1 м3 природного газу виділяється приблизно 40 МДж тепла. Під час горіння відбуваються хімічні реакції з’єднання молекул деяких речовин і утворення молекул інших речовин. Такі реакції супроводжуються виділенням певної кількості теплоти. Під час згоряння різних видів палива однакової маси виділяється різна кількість теплоти. Теплотворну здатність палива характеризують фізичною величиною, яку називають питомою теплотою згоряння палива.

Мал. 64. Процес горіння

Питома теплота згоряння палива показує, яка кількість теплоти виділяється під час згоряння 1 кг палива.

Питому теплоту згоряння палива позначають малою латинською літерою q. Одиницею питомої теплоти згоряння палива є джоуль на кілограм (1 ). Використовують також кратні одиниці:

Значення питомої теплоти згоряння різних видів палива визначають експериментальним шляхом і вміщують у таблиці (табл. 11).

Таблиця 11

Питома теплота згоряння палива

Паливо

q,

Паливо

q,

Паливо

q,

Деревне вугілля

34,0

Бензин

46,0

Водень

120,0

Антрацит

30,0

Гас

46,0

Метан

50,0

Кам’яне вугілля

27,0

Нафта

44,0

Ацетилен

48,1

Буре вугілля

17,0

Дизельне

паливо

42,7

Природний

газ

44,0

Торф

14,0

Мазут

41,0

Пропан

42,4

Тротил

15,0

Етер

34,0

Аміак

18,4

Дрова сухі

11,0

Спирт

етиловий

27,0

Карбон (II) оксид

10,1

Дрова сирі

8,0

Спирт

25,0

Порох

3,8

Спирт

метиловий

19,5

Умовне паливо

30,0

Приклад. Для кам’яного вугілля q = 27 .

Це означає, що за повного згоряння 1 кг кам’яного вугілля виділяється 27 МДж

теплової енергії.

Пристрої, у яких відбувається згоряння палива, називають нагрівачами (печі, топки, горілки тощо).

Щоб підрахувати кількість теплоти, яка виділяється при повному згорянні палива масою m, потрібно питому теплоту згоряння палива помножити на його масу: Q = q ∙ m.

Під час згоряння палива, унаслідок неминучих втрат, до тіла, яке нагрівають, вдається передати лише частину кількості теплоти, яка виділяється під час згоряння палива. Для оцінки ефективності нагрівача використовують його коефіцієнт корисної дії (ККД), який позначають малою грецькою літерою (ета).

Коефіцієнтом корисної дії (ККД) нагрівача називають виражене у відсотках відношення кількості теплоти, витраченої на нагрівання Qнaгp, до кількості теплоти Qзrop, виділеної під час згоряння палива.

Приклад розв’язування задач

Яка кількість теплоти виділиться при повному згорянні 40 кг палива кам’яного вугілля? Скільки води можна нагріти від 10 °С до 50 °С цією кількістю теплоти? (Для даного сорту кам’яного вугілля q = 25,2 .)

Розв'язання

За повного згоряння кам’яного вугілля виділяється кількість теплоти:

Q1= q ∙ m;

Q = 25,2 ∙ 106 ∙ 40 кг ≈ 1000 ∙ 106Дж = 1000 МДж.

Ця кількість теплоти пішла на нагрівання води: Q1 = Q2

Q2 = с ∙ m2 (t2 - t1) → m2 = = кг.

Відповідь: за повного згоряння виділиться 1000 МДж теплоти, якою можна нагріти приблизно 5952 кг води на 40 °С.

Підсумки

• Питомою теплотою згоряння палива називають фізичну величину, яку вимірюють кількістю теплоти, що виділяється за повного згоряння 1 кг палива:

q = .

• Одиницею питомої температури згоряння палива є «джоуль на кілограм»: .

• Кількість теплоти, яка виділяється за повного згоряння палива, знаходять за формулою Q = q ∙ m.

• Паливо згоряє в нагрівачах, які характеризуються коефіцієнтом корисної дії .

Перевір свої знання

1. Що таке горіння?

2. Поясни виділення тепла під час горіння палива на основі МКТ.

3. Який фізичний зміст питомої теплоти згоряння палива?

Завдання

1. За повного згоряння бензину виділилось 1,63 ∙ 107КДж тепла. Скільки бензину згоріло?

2. Скільки соснових дров потрібно спалити, щоб отримати таку саму кількість теплоти, як за згоряння 1,5 кг бензину?

3. Яку масу газу необхідно спалити, щоб нагріти 3 л води від 20 °С до 100 °С, якщо на її нагрівання пішло 60 % енергії?





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити