Підручник Фізика 8 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 1 ТЕПЛОВІ ЯВИЩА. ТЕПЛОВІ МАШИНИ ТА МЕХАНІЗМИ

§ 18 Згорання палива. Розрахунок кількості теплоти внаслідок згорання палива

Ви дізнаєтесь

- Які фізичні й хімічні процеси відбуваються під час горіння

- Яке паливо є найкращим джерелом енергії

Пригадайте

- Чим фізичні явища відрізняються від хімічних

Горіння. Досить часто людина добуває теплову енергію, спалюючи різні речовини. Це пояснюється тим, що горіння супроводжується виділенням теплоти.

Горіння — це фізико-хімічний процес, під час якого відбувається окиснення речовини з виділенням теплоти і світла.

Горіння відбуватиметься, якщо є: горюча речовина, окисник і джерело займання. Перебіг горіння залежить від співвідношення кількості горючої речовини й окисника, а також енергетичної спроможності джерела займання.

Ми не будемо розглядати всі можливі фізико- хімічні процеси горіння й види горючих речовин, зупинимося лише на деяких із них. Зокрема, на процесах горіння, пов’язаних з окисненням вуглецю. Звичайне паливо (вугілля, нафта, бензин тощо) містить вуглець. Під час горіння атоми вуглецю сполучаються з атомами кисню, який є в повітрі.

Кожний атом вуглецю сполучається з двома атомами кисню, утворюючи молекулу оксиду вуглецю (IV) (вуглекислого газу). Реакція супроводжується виділенням енергії (мал. 59). Розрізняють повне та неповне згорання палива. У процесі повного згорання вся хімічна енергія палива переходить у теплову.

Щоб розпочався процес горіння, потрібне джерело займання (мал. 60, с. 84). Так, щоб запалити речовину в повітрі, спочатку потрібно її нагріти до певної температури — температури займання. Для різних речовин вона є різною. Так, наприклад, дерево займається за температури приблизно 200 °С, вугілля — 350 °С.

Теплота, що виділяється під час горіння, підтримує температуру речовини вищою за температуру займання, унаслідок чого горіння підтримується самостійно.

Мал. 59. Реакція горіння

Мал. 60. Умови початку горіння

Важливо знати, що для припинення горіння речовину, що горить, потрібно охолодити до температури, нижчої від температури займання, або припинити доступ кисню. Ці обидва способи використовують під час гасіння пожежі водою. Коли вода потрапляє на джерело вогню, вона випаровується й відбирає від тіл, що горять, теплоту. Їхня температура різко зменшується. Водяна пара, що утворюється, утруднює доступ кисню, і горіння припиняється.

Обчислення кількості теплоти, що виділяється внаслідок згорання палива. Питома теплота згорання. Процес горіння супроводжується виникненням полум’я (теплом і світлом) та виділенням диму (продукти згорання). З фізичної точки зору нас буде цікавити питання: від чого залежить кількість теплоти, що виділяється під час горіння?

Природно, що різні речовини під час горіння виділяють різну кількість теплоти, тобто горючі речовини можна порівнювати за певною фізичною величиною. Такою величиною є питома теплота згорання.

Питома теплота згорання — це фізична величина, що показує, яка кількість теплоти виділяється в результаті повного згорання палива масою 1 кг.

Питому теплоту згорання палива позначають літерою q (читається «кю»), її одиниця — .

Є різні види палива: тверде (дрова, вугілля, сланці, торф); рідке (бензин, гас, дизельне пальне, спирт та ін.); газоподібне (метан, пропан, бутан, ацетилен та ін.). У таблиці на форзаці наведені значення їх питомої теплоти згорання.

Щоб обчислити кількість теплоти, яка виділяється від згорання будь- якої маси палива, треба питому теплоту згорання помножити на масу палива, що згоріло:

Qзг = qm.

Коефіцієнт корисної дії нагрівника. Для теплообміну часто застосовують нагрівники, за допомогою яких можна використати теплоту згорання палива, — газові пальники, спиртівки, печі. Кількість теплоти, яка утворюється в нагрівнику під час згорання палива, частково йде на нагрівання тіл, а частина її витрачається (розсіюється в навколишнє середовище, поглинається самим нагрівником тощо). Тому кажуть про коефіцієнт корисної дії (ККД) нагрівника, який показує, яку частину становить кількість теплоти, що йде на нагрівання (Q) по відношенню до кількості теплоти, що виділяється від згорання палива (Qзг):

ККД = 100%

ККД нагрівника характеризує ефективність використання теплоти, отриманої внаслідок згорання палива. Для того щоб підвищити ККД нагрівника, необхідно збільшувати корисну енергію, тобто зменшувати втрати теплоти не за призначенням.

Підбиваємо підсумки

- Горіння — це фізико-хімічний процес, який супроводжується виділенням тепла і світла.

- Питомою теплотою згорання палива (q) називають фізичну величину, що показує, яка кількість теплоти виділяється при повному згоранні 1 кг цього виду палива.

- Загальна кількість теплоти Q, що виділяється внаслідок згорання деякої маси m палива, обчислюється за формулою: Q = qm.

Я знаю, вмію й розумію

1. Що таке горіння? Опишіть фізичне явище, що лежить в основі використання палива як джерела енергії.

2. Чому для одержання теплової енергії використовують паливо?

3. Що називають питомою теплотою згорання палива? Які види палива мають найбільшу питому теплоту згорання?

4. Що характеризує ККД нагрівника?

ПОЯСНІТЬ

1. Чому одним сірником можна запалити дерев’яну тріску, але неможливо запалити великий шматок деревини?

2. Чому, гасячи багаття, його розгортають по землі?

3. Як правильно прочитати вираз q = : а) «питома теплота згорання прямопропорційна кількості теплоти, що виділяється, й обернено пропорційна масі пального, що згоріло»; б) «питома теплота згорання палива чисельно дорівнює кількості теплоти, що виділяється внаслідок повного згорання 1 кг такого палива»?

ВЧИМОСЯ РОЗВ'ЯЗУВАТИ ЗАДАЧІ

Задача 1. Яка кількість теплоти виділиться під час згорання 40 кг кам’яного вугілля? Скільки води можна нагріти від 10 до 60 °С, витративши всю теплоту на її нагрівання?

Розв’язання:

Унаслідок згорання палива виділяється кількість теплоти:

Qзг = qm,

Q = 25 ∙ 106 40 кг = 1000 ∙ 106 Дж = 109 Дж.

З формули кількості теплоти Q = cm(t - t0) визначаємо масу води, враховуючи, що

Q = 109 Дж , m = = 4800кг.

Відповідь: Q = 109 Дж , m = 4800 кг.

Задача 2. Скільки треба спалити спирту, щоб нагріти 0,5 л води від 20 до 80 °С, якщо для нагрівання води витрачається 60 % теплоти, що виділяється під час згорання спирту?

Розв’язання:

Масу води визначаємо за її густиною та об’ємом:

m = pV = 108 0,5 ∙ 10-3 м3 = 0,5 кг.

Ураховуючи, що ККД нагрівника показує, яку частину становить кількість теплоти, що йде на нагрівання по відношенню до кількості теплоти, що виділяється від згорання палива, можна записати:

Маса спирту, що згорає:

Відповідь: m2 ≈ 0,008 кг .

Вправа 9

1. Яку масу води, узятої за температури 10 °С, можна нагріти до 50 °С, спаливши 30 г спирту, якщо вважати, що вся теплота, що виділяється під час згорання спирту, піде на нагрівання води?

2. На скільки більше теплоти виділяється в результаті повного згорання бензину масою 7 кг порівняно із повним згоранням кам’яного вугілля тієї самої маси?

3. Чи однаково прогріється піч, якщо в ній спалювати сухі дрова масою 14,5 кг або кам’яне вугілля масою 8 кг? Час горіння вважайте однаковим.

4. Яка кількість теплоти виділяється внаслідок повного згорання пальної суміші, що складається з бензину об’ємом 2 л і спирту об’ємом 1,5 л? Яким має бути відношення маси бензину до маси спирту, щоб питома теплота згорання цієї суміші становила 42 МДж/кг?

5. Унаслідок згорання палива масою 5 кг виділилось 210 МДж теплоти. Що це за паливо?

6. На малюнку 61 зображено графіки залежності кількості теплоти, що виділяється внаслідок згорання двох видів палива (І і ІІ), від їхньої маси. Визначте питому теплоту згорання кожного з видів палива. У скільки разів кількість теплоти, що виділяється внаслідок згорання 0,3 кг палива І, менша від кількості теплоти, що виділяється внаслідок згорання 0,3 кг палива II?

7. Використовуючи графіки (мал. 62) залежності питомої теплоти згорання палива для двох видів палива (І і ІІ) від їхньої маси, визначте сумарну кількість теплоти, що виділяється внаслідок повного згорання палива І масою 2 кг і палива II масою 3 кг. Що це за види палива?

8. На скільки градусів можна нагріти воду масою 20 кг, спаливши гас масою 100 г, якщо вважати, що теплота, яка виділяється в результаті згорання, повністю піде на нагрівання води?

9. Скільки енергії виділилось під час горіння спиртівки, якщо вода масою 100 г нагрілась від 30 до 80 °С, а теплота, затрачена на нагрівання води, становить 20 % тієї теплоти, що виділилась?

10. Сталева пилка масою 3 кг під час роботи протягом 5 хв нагрілася на 100 °С. Вважаючи, що на нагрівання пилки пішло 60 % усієї енергії, визначте виконану роботу та корисну потужність, що розвивається при цьому.

МЛА. 61. До завдання 6

МЛА. 62. До завдання 7



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