§ 21. Розрахунок кількості теплоти

ВНАСЛІДОК ЗГОРЯННЯ ПАЛИВА

Аналізуючи дані таблиці питомої теплоти згоряння для різних типів палива, можна дійти такого висновку: найефективнішим паливом серед наведених є гази (пропан, метан, водень).

Зокрема, під час спалювання 1 кг природного газу метану виділяється майже у 5 разів більше теплової енергії, ніж під час спалювання 1 кг деревини.

Зрозуміло, що чим більша маса палива, тим більшу кількість теплоти можна отримати внаслідок його спалювання. Якщо, спаливши 1 кг гасу, отримують 43 МДж теплоти, то при спалюванні 10 кг гасу можна отримати у 10 разів більшу кількість теплоти — 430 МДж.

Щоб визначити кількість теплоти, яка виділиться внаслідок спалювання будь-якої маси палива, необхідно питому теплоту згоряння палива помножити на його масу.

У вигляді формули це можна записати так:

Часто потрібно з’ясувати, яку масу палива потрібно спалити, щоб одержати певну кількість теплоти, на скільки можна нагріти те чи інше тіло унаслідок спалювання певної маси палива та ін.

Задача. Яку масу спирту m_c потрібно спалити, щоб нагріти 2 л води (т_в = 2 кг) від 25 до 50 °С (ί₁ = 25 °С, t₂ = = 50 °С), якщо вся теплота, яка виділяється внаслідок згоряння спирту, витрачається на нагрівання води? Питома теплота

згоряння спирту

Отже, для нагрівання 2 л води від 25 до 50 C потрібно спалити 8,4 г спирту.

В і д п о в і д ь: m_c = 8,4 г.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1.    Як визначити кількість теплоти, яка виділяється під час згоряння певної маси палива?

2.    Як визначити масу того чи іншого палива, яку потрібно спалити, щоб одержати певну кількість теплоти?

3.    Яку кількість теплоти можна отримати, спаливши 10 кг березових дров?

4.    Яка кількість теплоти виділиться при спалюванні 2 л

_ _ дизельного палива, густина якого 800    ?

M^j

5.    Унаслідок спалювання кам’яного вугілля було отримано 600 МДж теплоти. Яку масу кам’яного вугілля спалили?

6.    Яку масу води можна було б нагріти на спиртівці від 20 до 100 °С, спаливши 2 г спирту, якби всю кількість теплоти, що виділилася під час його згоряння, було б передано воді?

7*. До якої температури нагріють 2,2 л води, початкова температура якої 20 °С, якщо їй було передано всю енергію, яка виділилася при спалюванні 10 г гасу?

8*. Скільки гасу потрібно спалити, щоб випарувати 300 г води, температура якої 15 °С?

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ НАГРІВНИКА

Щоб використовувати тепло, яке виділяється під час спалювання різних типів палива, застосовують різноманітні пристосування і пристрої. Найпростіше пристосування для спалювання дров — багаття. Приміщення обігрівають за допомогою печей, газових пальників, конвекторів й інших нагрівників. У фізичному кабінеті для проведення дослідів використовують спиртівки та розмішені на спеціальних підставках таблетки сухого палива. Спалюючи паливо, намагаються якомога ефективніше використати одержану теплоту. Проте, навіть коли ви користуєтесь газовою плитою, лише частина одержаної внаслідок спалювання газу кількості теплоти витрачаєть-

ся на розігрівання їжі чи кип’ятіння води. Значна частина теплової енергії витрачається на нагрівання повітря в кімнаті, самої конфорки і плити та випромінюється в навколишнє середовище. Це стосується й інших нагрівників, які застосовують у народному господарстві.

Ефективність пристроїв для спалювання палива оцінюють за коефіцієнтом їх корисної дії (ККД). Щоб знайти коефіцієнт корисної дії нагрівника, необхідно визначити, яку кількість теплоти від всієї одержаної внаслідок спалювання палива було витрачено за призначенням (на нагрівання води у котлі, приготування страв, плавлення металу та ін.).

Кількість теплоти, отриману від нагрівника тілом, яке нагрівають, — корисну кількість теплоти, позначимо Q_k, а всю кількість теплоти, що виділилася внаслідок згоряння палива (повну кількість теплоти), — Q. Тоді, щоб визначити, яку кількість теплоти від усієї отриманої під час спалювання палива становить корисна кількість теплоти, потрібно її значення поділити на значення повної кількості теплоти. Це і буде коефіцієнт корисної дії нагрівника. Зазвичай ККД нагрівника позначають грецькою літерою η. Згідно із введеними позначеннями коефіцієнт корисної дії нагрівника, виражений у процентах, можна обчислити за формулою

Коефіцієнтом корисної дії нагрівника називають відношення кількості теплоти, яку можна використати корисно, до повної кількості теплоти, яка виділяється під час спалювання палива.

Так, конфорки сучасних побутових газових плит мають ККД близько 60 % ⁶. Це означає, що лише 60 % теплової енергії, отриманої при спалюванні газу, можна використовувати для приготування страв. Решта тепла втрачається на нагрівання навколишнього середовища. ККД нагрівника значною мірою залежить і від того, як повно спалюється паливо, а також від розмірів і форми тіл, які нагріваються. Наприклад, якщо маленьку за розміром посудину нагрівати на великій конфорці газової плити, то її ККД може становити менше ніж 10 %.

Підвищення коефіцієнта корисної дії нагрівників різних типів — важлива науково-технічна, екологічна й економічна задача. Чим вищий коефіцієнт корисної дії пальника, тим менше палива потрібно спалити для отримання теплової енергії, тим менші затрати коштів і меншим є забруднення атмосферного повітря й усього довкілля. До того ж деревина, нафта, газ та інші типи палива — це цінна сировина для виробництва різноманітних виробів.

Газ широко використовують як природне паливо. Більшість людей в Україні користуються газовими плитами. Питому теплоту згоряння газу часто виражають як кількість теплоти, що виділяється під час спалювання 1 м³ газу. Для природного газу вона становить приблизно 50 кДж/м³. Якщо у вашій квартирі встановлено лічильник газу, ви можете легко визначити ККД конфорок своєї газової плити. Закип’ятіть воду на різних конфорках. З’ясуйте, чи однаковий ККД у різних конфорок. Опишіть проведений вами експеримент. Пригадайте, масу води можна визначити за її об’ємом у чайнику чи іншій посудині.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бойко