ЭНЕРГИЯ ТОПЛИВА Удельная теплота сгорания Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

Ваша цель на уроке: – узнать, откуда берётся энергия при сгорании топлива; – познакомиться с новой физической величиной – удельной теплотой сгорания топлива, её обозначением и её единицами; – познакомиться с формулой для вычисления количества теплоты, выделяемого топливом при полном сгорании; – научиться с помощью этой формулы решать задачи. Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

Источником энергии, которая, как правило, используется в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту, является топливо. Уголь ТорфНефть Уголь Газ Дрова Энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива, называется теплотой сгорания топлива Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

Q А ОО Н НН Молекула воды (Н 2 О) Н При разделении молекулы воды на атомы совершается работа по преодолению сил притяжения между атомами. Следовательно, затрачивается некоторая энергия Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

Q При сжигании топлива явление обратное: разрозненные атомы соединяются в молекулы, происходит выделение энергии Молекула углекислого газа (СО 2 ) О О ОО СС С точки зрения химии, горение это реакция, протекающая с выделением света и тепла. Вещества вступают в соединения не в произвольных отношениях, а в строго определённых. Для того, чтобы зажечь вещество, его необходимо нагреть до температуры, которая называется температурой воспламенения. Например, для угля эта температура равна 350 °С. Часть выделяющейся теплоты затрачивается на разрыв связей в молекулах, содер- жащих атомы С, и в молекуле О 2, а часть расходуется на образование продукта СО 2 (углекислого газа). Химическая энергия переходит в тепловую Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

Вы уже успели заметить! При горении атомы углерода соединя- ются с атомами кислорода, содержащи- мися в воздухе или образующимися в процессе химической реакции. При расчёте различных двигателей инженеру необходимо точно знать, какое количество теплоты может выделить сжигаемое топливо. ДЛЯ ЭТОГО НАДО ОПЫТНЫМ ПУТЁМ НАЙТИ, КАКОЕ КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ ВЫДЕЛЯЕТСЯ ПРИ ПОЛНОМ СГОРАНИИ 1 кг ТОПЛИВА РАЗНОГО ВИДА. Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

Рассмотрим сам процесс горения Горение – это реакция, протекающая с выделением света и тепла. Для того чтобы зажечь вещество, его необходимо нагреть до температуры, которая называется температурой воспламенения. Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

2С + О 2 = 2СО + Q 1 – при недостатке кислорода; С + О 2 = СО 2 + Q 2 – при его достаточном количестве На явлении выделения энергии КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ – при соединении атомов в молекулу и основано использование топлива. Обычное топливо (уголь, нефть, бензин и др.) содержит УГЛЕРОД. Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

При сгорании топлива выделяется энергия. Удельная теплота сгорания топлива (q) – это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты (Q) выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг. [q] = Дж/кг Дрова, 1 кг => 1, Дж Уголь, 1 кг => 2, Дж Нефть, 1 кг => 4, Дж Торф, 1 кг => 1, Дж Природный газ, 1 кг => 4, Дж Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

Одинаковая ли энергия будет выделяться при сгорании 1 кг угля, газа, бензина? Как понимать: удельная теплота сгорания, например торфа, 1,4 · 10 7 Дж/кг? Веществоq, МДж/кг Веществоq, МДж/кг Порох 3,8Мазут 40,6 Дрова сухие 10Дизельное топливо 43 Торф 14Топливо для реактивных самолётов (ТС- 1) 43 Сахар 17Природный газ 44 Уголь каменный 27Нефть 44 Спирт 27 Бензин 46 Кокс 29,3Керосин 46 Антрацит 30Ацетилен 50 Древесный уголь 34Водород 120 1,0 · 10 7 Дж/кг = 10 · 10 6 Дж/кг = 10 МДж/кг Это значит, что при полном сгорании 1 кг торфа выделяется 1,4·10 7 Дж энергии. Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

Запомни! Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, получила название удельной теплоты сгорания топлива. Удельная теплота сгорания обозначается: q (ку ). [q] = 1 Дж/кг – единица удельной теплоты сгорания топлива Удельную теплоту сгорания определяют на опыте, результаты заносят в таблицы. Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

Задача Какое количество теплоты выделится при полном сгорании пороха массой 25 г? Дано: СИ Решение m = 25 г, 0,025 кг Q = qm. q = 0,38 · 10 7 Дж/кг. Q = 0,38 · 10 7 Дж/кг · 0,025 кг = 95 · 10 3 Дж. Q ? Ответ. Q = 95 · 10 3 Дж. Какое количество теплоты выделится при полном его сгорании 1 кг сухих дров? 2 кг сухих дров? 3 кг сухих дров? m кг сухих дров? Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, зависит от массы сгоревшего топлива и вида топлива. Q = q m m = Q/qm = Q/qq = Q/m Чтобы подсчитать количество теплоты Q, выделившееся при полном сгорании топлива любой массы m, нужно удельную теплоту сгорания q умножить на массу сгоревшего топлива: Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

ЗАПОМНИ! Чтобы подсчитать количество теплоты Q, выделившееся при полном сгорании топлива любой массы m, нужно удельную теплоту сгорания q умножить на массу сгоревшего топлива: Q = qm m = Q/q q = Q/m Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

Дано: СИ Решение: m = 100 г, 0,1 кг Q = qm. q = 2,7 · 10 7 Дж/кг. Q - ? Q = 2,7 · 10 7 Дж/кг · 0,1 кг = 27 · 10 5 Дж.. Ответ. Q = 27 · 10 5 Дж. Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013

Домашнее задание: § 10 Упр. 5 (1; 3) Журнал «Физика – Первое сентября» 6/2013