Енергія палива

2-й семестр

ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

4. Кількість теплоти. Теплові машини

Урок 9/51

Тема. Енергія палива

Мета уроку: дати учням поняття про енергію палива; пояснити їм фізичну суть питомої теплоти згоряння палива.

Тип уроку: комбінований урок.

План уроку

Контроль знань

10 хв.

Самостійна робота № 20 “Кількість теплоти. Питома теплоємність”

Демонстрації

5 хв.

1. Різні види палива.

2. Нагрівання води при згорянні

сухого пального в пальнику

Вивчення нового матеріалу

22 хв.

1. Виділення енергії при згорянні палива.

2. Питома теплота згоряння палива.

3. Рівняння теплового балансу при згорянні палива

Закріплення вивченого матеріалу

8 хв.

1. Контрольні питання.

2. Навчаємося розв’язувати задачі.

3. Поміркуй і відповідай

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Виділення енергії при згорянні палива

Відомо, що джерелом енергії,

яке використовується в промисловості, на транспорті, у сільському господарстві, у побуті, є паливо: вугілля, нафта, дрова, торф, природний газ й ін. При згорянні палива виділяється енергія.

При згорянні палива атоми Карбону, що звичайно містяться в паливі, з’єднуються з атомами Оксигену, що міститься в повітрі, у результаті чого утворюється вуглекислий газ. При утворенні молекул вуглекислого газу вивільнюється певна кількість теплоти:

 Енергія палива

Горіння, пов’язане з руйнуванням одних молекул й утворенням інших, супроводжується виділенням деякої кількості теплоти. При цьому зміна внутрішньої енергії зумовлена термохімічними явищами, що відбуваються з паливом.

2. Питома теплота згоряння палива

При розрахунку двигунів інженерові необхідно достеменно знати, яку кількість теплоти може виділити спалюване паливо. Для цього треба дослідним шляхом визначити, яка кількість теплоти виділиться при повному згорянні однієї й тієї ж маси палива різних видів.

Тому для енергетичної характеристики того або іншого палива вводиться фізична величина, що називається питомою теплотою згоряння палива.

Питома теплота згоряння палива чисельно дорівнює кількості теплоти, що виділяється при повному згорянні 1 кг палива.

Питома теплота згоряння позначається буквою q. Одиницею виміру питомої теплоти згоряння є джоуль на кілограм (Дж/кг).

Для того щоб обчислити кількість теплоти, що виділяється при згорянні довільної кількості палива, можна скористатися формулою:

Q = qm.

Далі можна розглянути з учнями таблицю питомої теплоти згоряння палива. З таблиці видно, що, наприклад, питома теплота згоряння нафти 44 МДж/кг. Це значить, що при повному згорянні нафти масою 1 кг виділяється 44 МДж енергії.

3. Рівняння теплового балансу при згорянні палива

Обчислимо, наприклад, скільки потрібно спалити сухих дров, щоб довести до кипіння воду в повному трилітровому алюмінієвому казанку, якщо спочатку вода мала кімнатну температуру tB. Кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні дров масою mд, – Q1 = qmд, а кількість теплоти, необхідна для нагрівання води до температури кипіння tкип, – Q2 = свmв(tкип – tB). Якщо знехтувати тепловими втратами, то Q1 = Q2, або qдmд = cBmB(tкип – tB), qд – питома теплота згоряння дров. Із цього рівняння одержуємо:

 Енергія палива

Якщо враховувати, що енергія палива витрачається ще й на нагрівання казанка, то рівняння теплового балансу матиме вигляд: Q1 =Q2 + Q3, де Q3 – кількість теплоти, необхідна для нагрівання алюмінієвого казанка.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

Як можна пояснити виділення теплоти під час горіння за допомогою атомно-молекулярного вчення?

Що означає вираз “питома теплота згоряння палива дорівнює 12 Мдж/кг”?

Визначте за таблицею, яке речовина має найменшу теплотворну здатність.

Визначте за таблицею, яке речовина має найбільшу теплотворну здатність.

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Навчаємося розв’язувати задачі

1. Яка кількість теплоти виділиться при повному згорянні спирту масою 200 г?

2. При повному згорянні палива виділилася кількість теплоти, що дорівнює 50 Мдж. Визначте масу палива, якби як паливо використовувалися: а) природний газ; б) сухі дрова.

3. Яку масу гасу треба спалити, щоб кількості теплоти, яка виділилася, вистачило на нагрівання води масою 22 кг від 20 °С до кипіння? Тепловими втратами знехтувати.

Розв’язок. При згорянні гасу виділяється кількість теплоти Q1 = qmr. Для нагрівання води до кипіння необхідна кількість теплоти Q2 = cmв(t2 – t1). З рівняння теплового балансу випливає Q1 = Q2 або qmг = cmB (t2 – t1). Звідси можна знайти масу гасу:

 Енергія палива

Перевіряємо одиниці величин:

 Енергія палива

Обчислюємо масу гасу:

 Енергія палива

Відповідь: 172 г.

2). Поміркуй і відповідай

1. Чому будинок вигідніше опалювати, використовуючи вугілля, природний газ або рідке паливо, ніж дерево й солому?

2. Чому питома теплота згоряння сирих дров менше питомої теплоти згоряння сухих дров тієї ж породи?

3. Чому порох невигідно використовувати як паливо, а в артилерійських знаряддях бензином його замінити не можна?

Домашнє завдання-1

1. У-1: § 25 (п. 1).

2. Сб-1:

Рів1 – № 28.1, 28.3, 28.4, 28.7, 28.8.

Рів2 – № 28.13, 28.14, 28.15, 28.18, 28.20.

Рів3 – № 28.22, 28.23, 28.24, 28.29, 22.30.

Домашнє завдання-2

1. У-2: § 41 (п.1,2).

2. Сб-2:

Рів1 – № 30.1, 30.2, 30.3, 30.4, 30.5.

Рів2 – № 30.8, 30.9, 30.10, 30.13.

Рів3 – № 30.15, 30.18, 30.22.




Енергія палива