КАРТОЧКИ
ТРЕНАЖЁРЫ
КУРСЫ
Решение задач на сгорание топлива
Энергия топлива. Удельная теплота сгорания
Энергия, которую тело получает или отдает при теплопередаче, называется количеством теплоты. Мы проделали не один опыт, рассмотрели как при теплообмене одни тела отдают энергию, а другие получают. Во многих опытах мы использовали горелку, чтобы сообщить телу какое-то количество теплоты. А как рассчитать это количество теплоты?
С давних времен, чтобы получить энергию, люди используют топливо. Сейчас топливо является источником энергии в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и, конечно, в повседневном быту. Это нефть, природный газ, торф, уголь, дрова и др.
В данном уроке мы рассмотрим, за счет чего выделяется энергия при сгорании топлива и как ее рассчитать. Также вы узнаете новое определение (удельная теплота сгорания) и научитесь им пользоваться.
Сгорание топлива и энергия
Для начала давайте вспомним строение молекулы воды (рисунок 1). Она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.
Между атомами действуют силы притяжения. Если мы захотим разделить атомы, составляющие молекулы, придется преодолеть эти силы. В таком случае будет совершена работа, и затрачена некоторая энергия. При соединение атомов, наоборот, энергия будет выделяться.
Выделение энергии при соединении атомов — явление, на котором основано использование топлива.
В любом топливе содержатся атомы углерода. В процессе горения они соединяются с двумя атомами кислорода (рисунок 2).
В результате:
- Образуется молекула углекислого газа (оксида углерода)
- Выделяется энергия
Удельная теплота сгорания
При сгорании разных видов топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Для того чтобы характеризовать каждый вид топлива используют такую величину, как удельная теплота сгорания. При проектировании двигателей эта величина помогает рассчитать, какое количество теплоты может выделить сжигаемое топливо.
Удельная теплота сгорания топлива — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой $1 \space кг$.
- Обозначается буквой $q$
- Единица измерения — $1 \frac{Дж}{кг}$
Величину удельной теплоты сгорания устанавливают на опыте. Мы будем использовать уже готовые результаты таких исследований, представленные в таблице 1.
| Вещество | $q, \space \frac{Дж}{кг}$ | Вещество | $q, \space \frac{Дж}{кг}$ |
| Порох | $0.38 \cdot 10^7$ | Древесный уголь | $3.4 \cdot 10^7$ |
| Дрова сухие | $1.0 \cdot 10^7$ | Природный газ | $4.4 \cdot 10^7$ |
| Торф | $1.4 \cdot 10^7$ | Нефть | $4.4 \cdot 10^7$ |
| Каменный уголь | $2.7 \cdot 10^7$ | Бензин | $4.6 \cdot 10^7$ |
| Спирт | $2.7 \cdot 10^7$ | Керосин | $4.6 \cdot 10^7$ |
| Антрацит | $3.0 \cdot 10^7$ | Водород | $12 \cdot 10^7$ |
Возьмем табличное значение удельной теплоты сгорания нефти — $4.4 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$. Эта величина говорит нам о том, что при полном сгорании нефти массой $1 \space кг$ выделяется $4.4 \cdot 10^7 \space Дж$ энергии.
Формула для расчета количества теплоты, выделяемого при сгорании топлива
Для расчета полного количества теплоты, выделяемого при полном сгорании топлива некоторой массы, используют формулу:
$Q = qm$,
где $Q$ — выделяемое количество теплоты,
$q$ -удельная теплота сгорания топлива,
$m$ — масса сгораемого топлива.
Упражнения
Упражнение №1
Какое количество теплоты выделится при полном сгорании керосина объемом $2 \space л$ и плотностью $800 \frac{кг}{м^3}?$
Дано:
$V = 2 \space л$
$\rho = 800 \frac{кг}{м^3}$
$q = 4.6 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$
СИ:
$2 \cdot 10^{-3} \space м^3$
$Q — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Формула для расчета количества теплоты:
$Q = qm$.
Массу выразим через объем и плотность: $m = \rho V$.
Рассчитаем количество теплоты:
$Q = q\rho V = 4.6 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг} \cdot 800 \frac{кг}{м^3} \cdot 2 \cdot 10^{-3} \space м^3 = 7360 \cdot 10^4 \space Дж = 73.6 \cdot 10^6 \space Дж = 73.6 \space МДж$.
Ответ: $Q = 73.6 \space МДж$.
Упражнение №2
Вычислите массу сухих дров, если при их полном сгорании выделилось $70 000 \space кДж$ энергии.
Дано:
$Q = 70 000 \space кДж$
$q = 1.0 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$
СИ:
$7 \cdot 10^7 \space Дж$
$m — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Из формулы $Q = qm$ выразим массу дров $m$:
$m = \frac{Q}{q}$.
Рассчитаем:
$m = \frac{7 \cdot 10^7 \space Дж}{1.0 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}} = 7 \space кг$.
Ответ: $m = 7 \space кг$.
5
5
1
Хотите оставить комментарий?
Войти