§ 15. Згоряння палива. Питома теплота згоряння палива

Що називають кількістю теплоти?

Для того, щоб приготувати їжу, обігріти приміщення, привести в рух автомобіль, потрібно затратити енергію. Існують різні джерела енергії. Одним із них е паливо. Наприклад, природний газ, дрова, вугілля, нафта тощо.

Паливо містить у своєму складі вуглець. При згорянні вуглецю відбувається хімічна реакція окислення — атоми вуглецю з’єднуються з атомами кисню, що містяться в повітрі, й утворюється молекула діоксиду вуглецю (вуглекислого газу) CO₂. При цьому виділяється енергія.

При згорянні різного палива з однаковою масою виділяється різна кількість теплоти. Наприклад, добре відомо, що природний газ є енергетично більш вигідним паливом, аніж дрова. Це означає, що для отримання одної і тої ж кількості теплоти маса дров, які потрібно спалити, повинна бути істотно більшою за масу природного газу. Енергія, що виділяється при згорянні різного палива, характеризується величиною, яка називається питомою теплотою згоряння палива.

Питомою теплотою згоряння палива називають фізичну величину, що показує, яка кількість теплоти виділяється при повному згорянні палива з масою 1 кг.

Питома теплота згоряння палива позначається літерою q, її одиницею є джоуль на кілограм

Значення питомої теплоти згоряння палива визначають експериментально. У таблиці 9 наведені значення питомої теплоти згоряння деяких видів палива.

Питома теплота згоряння деяких видів палива, Дж/кг

Таблиця 9

Паливо		Паливо
Порох	0,38· IO7	Деревне вугілля	3,4 · IO7
Cjod дрова	1,0 IO7	Природний газ	4,4 · IO7
Торф	1,4 IO7	Нафта	4,4 · IO7
Антрацит	3,0 · IO7	Бензин	4,6 ■ IO7
Кам’яне вугілля	2,7-IO7	Гас	4,6 ■ IO7
Спирт	2,7 IO7	Водень	12,0 · IO7

З цієї таблиці видно, що найбільшу питому теплоту згоряння має водень, найменшу — порох.

Питома теплота згоряння сухих дров 1,0· IO⁷ Дж/кг, а нафти — 4,4 * IO⁷ Дж/кг. Це означає, що при повному згорянні 1 кг сухих дров виділяється кількість теплоти 1,0 · IO⁷ Дж, а при повному згорянні 1 кг нафти — кількість теплоти 4,4* IO⁷ Дж. Таким чином, при згорянні 1 кг сухих дров виділяється кількість теплоти в 4,4 рази менша, ніж при згорянні 1 кг нафти.

Якщо згоряє не 1 кг сухих дров, а, наприклад, 20 кг, то при їхньому повному згорянні виділиться кількість теплоти у 20 разів більша, тобто 20 · IO⁷ Дж.

У загальному випадку кількість теплоти Q, що виділяється при повному згорянні палива, дорівнює добутку питомої теплоти згоряння палива q і його маси т:

Q = qm.

Приклад розв’язування задачі

Визначте масу природного газу, який потрібно спалити для того, щоб нагріти 22 л води від 20 °С до кипіння (100 °С).

Розе ’язання.

У теплообміні беруть участь продукти згоряння природного газу та вода. При спалюванні природного газу виділяється кількість теплоти Q₁. Якщо знехтувати втратами енергії на нагрівання навколишнього повітря і посудини, в якій знаходиться вода, то, відповідно до закону збереження енергії, кількість теплоти Q₁, яка виділяється при згорянні природного газу, дорівнює кількості теплоти Q₂, яка витрачається на нагрівання води:

Qi = Q₂-

Кількість теплоти, яка виділяється при згорянні палива:

Qi = qm_v

Кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання води, рівна:

Q₂ = Cmfi₂ - tfi

Прирівнявши вирази, отримаємо:

Q^mr = cm₂(t₂ - J₁).

Маса води дорівнює добутку густини на її об’єм:

т = pV.

З урахуванням цього отримаємо:

Qm₁ = cpV(t₂ - h).

Звідси

Запитання для самоперевірки

1. Чому при згорянні палива виділяється енергія?

Q. Яку фізичну величину називають питомою теплотою згоряння палива? Яка її одиниця?

3.    Питома теплота згоряння гасу 4,6-10⁷ Дж/кг. Що це означає?

4.    При згорянні якого палива з однаковою масою — торфу або гасу — виділяється більша кількість теплоти?

Завдання 15

1. Яка кількість теплоти виділяється при повному згорянні 10 кг кам’яного вугілля?

Q. Чому дорівнює маса згорілого деревного вугілля, якщо при цьому виділилася теплота кількістю 10,2 · 10⁷ Дж?

3. Чому дорівнює маса води, яку можна нагріти від 25 ⁰C до 85 °С, передаючи їй усю енергію, що виділилася при повному згорянні 2,1 кг антрациту?

4*. Чому дорівнює маса природного газу, який потрібно спалити для того, щоб 4 кг води нагріти в алюмінієвій каструлі із масою 0,6 кг від 10 °С до кипіння?

5*. Яке співвідношення мас спирту та бензину в суміші, якщо питома теплота згоряння цієї суміші 40 МДж/кг?

Робота з комп’ютером

Вивчіть матеріал уроку і виконайте запропоноване в електронному додатку завдання.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Пістун