Энергия топлива. Удельная теплота сгорания топлива .
Физика 8 класс
Учитель физики : ГБОУ СШ№578 Приморского района Санкт-Петербурга
Серова Наталья Ивановна
Ещё с древних времен человечество отапливало свои жилища путем сжигания некоторых веществ. При сжигании этих веществ выделялось много тепла.
Определение: Вещества, которые могут вступать в процесс горения называются горючим или топливом
Виды топлива
Вопросы классу :
- Приведите примеры веществ, которые могут гореть
(дерево, уголь, бензин и т. д.)
- Приведите примеры веществ, которые не горят )
(камень, кирпич, вода
Человек использует топливо именно для того, чтобы потреблять выделяемую энергию.
Вещества
топливо
не топливо
Камень, вода, железо
Дерево, уголь, бензин
Горение: топливо + кислород = продукты горения + теплота
больше
Внутренняя энергия
меньше
Температура
больше
меньше
Вопросы классу:
- Из чего состоят все тела
(из молекул)
- Какими видами энергии может обладать тело
(внутренней, кинетической, потенциальной)
- Что происходит с кинетической энергией, если тело увеличивает свою скорость
(кинетическая энергия возрастает)
- Когда тело обладает внутренней энергией
(всегда)
Определение: Горение топлива – это процесс, при котором происходит соединение его элементов (молекул) с молекулами кислорода, в результате которого образуются новые вещества (новые молекулы) и выделяется теплота (энергия)
Были дрова,
а получилась – зола!
Для возникновения горения необходимы определенные условия:
-наличие горючего вещества , окислителя
- источника воспламенения .
Горючее вещество и окислитель должны быть нагреты до определенной температуры источником тепла: пламенем, искрой, накаленным телом или теплом, выделяемым при какой-либо химической реакции или механической работе.
В установившемся процессе горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т.е. область, где происходит реакция, выделяется тепло и свет.
Вопрос классу:
Если накрыть зажженную свечу например стаканом, то через некоторое время свеча погаснет. Почему?
Это происходит потому, что под стаканом закончился кислород, а именно благодаря ему возможен процесс горения
В результате горения, внутренняя энергия топлива уменьшается не посредством теплообмена и не путем совершения работы телом (или самим телом), а в результате термохимических явлений, происходящих с топливом. При этом: энергия движения молекул продуктов сгорания, образовавшихся при горении, а следовательно их температура, больше чем у топлива и кислорода
Энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива называется теплотой сгорания топлива.
Источником энергии , которая используется в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту, является топливо .
Уголь
4,4 • 10 7 Дж Нефть 1 кг = 4,4 • 10 7 Дж Дрова 1 кг = 1 , 0 • 10 7 Дж Дрова 1 кг = 1?0 10 7 Дж Уголь 1 кг = 2,7 • 10 7 Дж Торф 1 кг = 1,4 • 10 7 Дж" width="640"
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]
Природный газ 1 кг = 4,4 • 10 7 Дж
Нефть 1 кг = 4,4 • 10 7 Дж
Дрова 1 кг = 1 , 0 • 10 7 Дж
Дрова 1 кг = 1?0 10 7 Дж
Уголь 1 кг = 2,7 • 10 7 Дж
Торф 1 кг = 1,4 • 10 7 Дж
Мы должны знать, что в результате процесса горения выделяются продукты химической реакции. Вещества, входящие в состав топлива, находятся в продуктах горения и выделяются в виде соединений, например: азот выделяется в свободном виде N 2 , хлор – в виде хлористого водорода HCl , а сера – в виде SO 2 .
- Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, чтобы разделить её на атомы надо преодолеть силы притяжения между атомами, т.е. совершить работу, другими словами затратить некоторую энергию.
- При сжигании топлива происходит обратный процесс, процесс образования молекул из атомов, значит, энергия должна выделятся.
При сжигании топлива атомы соединяются в молекулы, и
происходит выделение энергии.
С точки зрения химии горение - это реакция, протекающая с выделением света и тепла. Вещества вступают в соединения не в произвольных отношениях, а в строго определенных. Для того, чтобы зажечь вещество, его необходимо нагреть до температуры, которая называется температурой воспламенения . Например, для угля эта температура равняется 350°С.
Q
Молекула углекислого газа (СО 2 )
С
С
О
О
О
О
Молекула воды (Н2О)
Часть выделяющейся теплоты затрачивается на разрыв связи в молекуле С и молекуле О 2 , а часть расходуется на образование продукта СО 2 (углекислого газа). Внутренняя энергия переходит в тепловую.
При горении топливо выделяет тепло. А если тело отдает какое-то количество теплоты, то что происходит с его внутренней энергией?
При горении внутренняя энергия топлива уменьшается, т. е. внутренняя энергия топлива меньше чем внутренняя энергия продуктов горения.
Молекула воды (Н 2 О)
Q
О
О
Н
Н
Н
Н
А
При разделении молекулы воды на атомы , совершается работа по преодолению сил притяжения между атомами. Следовательно, затрачивается некоторая энергия .
При разделении молекулы воды на атомы, совершается работа по преодолению сил притяжения между атомами. Следовательно, затрачивается некоторая жнергия.
Пример
При горении газа метана (СН 4 ) образуется углекислый газ (СО 2 ) и вода (Н 2 О)
СН 4 +2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О – запись процесса горения в виде формулы
В этом процессе молекула метана (СН 4 ) соединяется с двумя молекулами кислорода О 2 и при этом получается молекула углекислого газа СО 2 и две молекулы воды Н 2 О
Теплота сгорания топлива
Энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива, называется теплотой сгорания топлива
Как же подсчитать количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива любой массы?
Для этого необходимо удельную теплоту сгорания топлива q множить на массу сгоревшего топлива m
При сгорании 1 кг различных видов топлива выделяется различное количество энергии. При конструировании различных двигателей (где теплота переходит в механическую энергию) инженеру необходимо точно знать, какое количество теплоты может выделить сжигаемое топливо. А для этого надо опытным путем найти какое количество теплоты выделяется при полном сгорании одной и той же массы топлива различных видов.
Количество теплоты
Q=qm
Определение: То количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива. Обозначение: q (читается «ку»)
Удельная теплота сгорания топлива – величина табличная!
1,0 · 10 7 Дж/кг = 10 · 10 6 Дж/кг = 10 МДж / кг
Вещество
q, МДж/кг
Порох
Дрова сухие
Вещество
3,8
q, МДж/кг
Мазут
10
Торф
14
40,6
Дизельное топливо
Сахар
Уголь каменный
Топливо реактивных самолетов (ТС- 1)
43
17
27
Природный газ
43
Спирт
44
Нефть
Кокс
27
44
Антрацит
29,3
Бензин
46
Керосин
30
Древесный уголь
46
Ацетилен
34
50
Водород
120
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?
Это значит, что при полном сгорании 1 кг торфа выделяется 1,4·10 7 Дж энергии.
Удельная теплота сгорания топлива
Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1кг, называется удельной теплотой сгорания топлива .
Количество теплоты, выделяемое при сгорании 1г топлива
Задание :
Пользуясь таблицей 2 «Удельная теплота сгорания топлива» на странице 26 учебника определите:
- Вид топлива, теплота сгорания которого наименьшая
(порох)
- Вид топлива, теплота сгорания которого наибольшая
(водород)
Какое количество теплоты выделится при полном его сгорании 1 кг сухих дров, 2 кг сухих дров, 3 кг сухих дров, m кг сухих дров?
Чтобы подсчитать количество теплоты Q , выделившееся при полном сгорании топлива любой массы m , нужно удельную теплоту сгорания q умножить на массу сгоревшего топлива:
Q = q m
m = Q/q
q = Q/m
Количество теплоты , выделяющееся при сгорании топлива, зависит от массы сгоревшего топлива и вида топлива .
Задача
Какое количество теплоты выделится при полном сгорании пороха массой 25 г? Дано: СИ Решение: m = 25 г 0,025 кг Q = qm
Q - ? Q = 0,38 ·10 7 Дж/кг · 0,025 кг = 95·10 3 Дж
q = 0,38 ·10 7 Дж/кг Ответ: Q = 95·10 3 Дж
Q = q m
ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ
- Что должен знать о процессе горения человек, чтобы мог не только использовать горение для своего блага, но и защитить себя от пожара?
- Какие факторы и как влияют на ход процесса горения во время пожара?
- Какие меры надо предпринять человеку, чтобы эффективнее потушить пожар и избежать его поражающего действия?
Темы сообщений учащихся:
- Состав дыма при горении различных веществ и их вред для здоровья человека, способы защиты от дыма.
- Основные правила пожарной безопасности при возникновении пожара в квартире.
- Современные средства пожаротушения.
- Основные правила пожарной безопасности при возникновении пожара в лесу.
- Как помочь человеку, который загорелся .
Домашнее задание
§11. упр.5 (2-3),
Степанова Г.Н..№1121..№1129,1130,1131
