Народна Освіта » Фізика » § 13. Згоряння палива.

НАРОДНА ОСВІТА

§ 13. Згоряння палива.

Лиже полум'я жовте черево,

Важко сопе димар, Галасує від болю дерево,

Підіймаючись димом до хмар.

В. Симоненко

 

 

Тут ти дізнаєшся, як отримують теплову енергію та які існують основні види палива; як можна розрахувати теплову енергію, що виділяється при згорянні палива.

Основним джерелом теплової енергії на Землі в даний час є різні види палива. Це речовини, які, зазнаючи різних фізичних і хімічних перетворень, виділяють певну кількість теплоти. У даний час для отримання значної кількості теплоти найчастіше використовують хімічні джерела. Це речовини, які мають складні молекули, в склад яких обов’язково входить вуглець та водень. Такі речовини здатні згорати в процесі хімічної реакції окиснення. Частинки отриманих продуктів згоряння мають більшу швидкість і відповідно більшу кінетичну енергію, ніж молекули палива і кисню. Свою енергію вони здатні віддавати іншим тілам, збільшуючи їх внутрішню енергію.

Зручним для розгляду є процес згоряння метану, який широко використовується в побуті і в промисловості та транспорті.

Перш за все врахуємо, що молекула метану CH4 складається з одного атома Карбону та чотирьох атомів Гідрогену. При реакції метану з киснем утворюється одна молекула оксиду вуглецю CO2 та дві молекули води H2O. Згідно з правилами хімії цю реакцію можна записати таким чином:

CH1 + 20, - CO2 + 2Н,0.

Утворені молекули води та вуглекислого газу мають велику кінетичну’ енергію, яку віддають молекулам навколишніх тіл.

У склад молекув інших поширених видів органічного палива також входять атоми Карбону та Гідрогену, і процес згорання відбувається за схожою реакцією окиснення. Паливо, при згорянні якого

теплова енергія виділяється внаслідок окислення, називають хімічним або органічним.

Дослідним шляхом установлено, що кількість теплоти, яка виділяється при згорянні палива, пропорціональна масі палива і залежить від його фізичних та хімічних властивостей:

Q = q * /я, де m-маса палива;

q - теплотворна здатність палива або питома теплота згоряння.

 

Згідно з формулою:

Теплотворна здатність - це фізична величина, яка характеризує паливо і дорівнює енергії, яка виділяється при повному згорянні одного кілограма цього палива.

Згідно з означенням теплотворна здатність палива вимірюється в джоулях на кілограм:

 

Теплова енергія згоряння палива найчастіше використовується для перетворення води в пару, яка приводить в дію електрогенератори, для обігрівання приміщень, для отримання хімічних сполук, потрібних людям в побуті і на виробництві. У теплових двигунах внутрішня енергія утворених внаслідок згоряння палива газів безпосередньо перетворюється в механічну енергію. Існують і інші способи перетворення теплової енергії у різні види енергії.

Але запаси хімічного палива на Землі обмежені. Вичерпуються запаси нафти та газу, зменшуються поклади кам’яного вугілля. Тому вчені, дбаючи про майбутнє людства, працюють над розробкою атомних та термоядерних реакторів, у яких теплова енергія виділяється внаслідок реакції злиття або поділу атомних ядер Урану, Плутонію, Дейтерію та Трітію. Тут взагалі не потрібне вуглеводневе паливо і кисень. У атомних і термоядерних реакціях виділяється значна кількість теплоти з одиниці об’му палива. Так, при радіоактивному розпаді ядер 1 г урану (кубик з ребром близько 3,8 мм) виділяється енергія, для отримання якої при звичайному, хімічному, горінні потрібно приблизно 3 т кам’яного вугілля (в 3 млн. раз більше). Як правило, енергія ядерних реакцій в діючих на даний час реакторах спрямовується на перетворення води в перегріту пару, яка як і в теплових електростанціях на хімічному паливі обертає ротори парових турбін.

Людина використовує багато різних видів природнього палива. Ефективність кожного з них може бути відчутно різною. Спаливши 1 тонну сухих дров, ми отримаємо значно менше енергії, ніж від згорання такої ж маси кам’яного вугілля. Отже, теплова ефективність різних видів палива різна. ІДоб можна було

оцінити ефективність палива, а потім і розрахувати його масу, потрібну для отримання певної кількості теплоти, користуються фізичною величиною, яка називається теплотворною здатністю палива або питомою теплотою згоряння палива. Вона показує, яка енергія виділяється при повному згоранні одного кілограма даного палива.

Теплотворна здатність - це фізична величина, яка характеризує паливо і дорівнює енергії, яка виділяється при повному

Таблиця. Теплотворна здатність деяких видів палива

Паливо

Паливо

Антрацит

Етиловий спирт

Бензин

Збройовий порох

Водень

Кам’яне вугілля

Гас

Нафта

Деревне вугілля

Природній газ

Дрова сух

Торф

На діаграмі (мал. 48) показано, що різні види палива мають різну теплотворну здатність, яка зображається стовпчиками діаграми, що мають різні висоти. Більша висота стовпчика відповідає більшій теплотворній здатності палива.

Проглянь діаграму (мал. 48) і дай відповіді на запитання.

1.    Чи всі види палива мають однакову теплотворну здатність?

2.    Яка з показаних на діаграмі речовин має найбільшу теплотворну здатність? Яка її теплотворна здатність?

3.    Яка з показаних на діаграмі речовин має найменшу теплотворну здатність? Яка її теплотворна здатність?

4.    Яку з вказних речовин краще використовувати для отримання теплової енергії?

5.    Назвіть значення теплотворної здатності для кожної речовини. Що означають названі числа в кожному випадку?

Задача. Скільки кам'яного вугілля потрібно спалити, щоб отримати таку саму кількість теплоти, яка виділяється при згорянні бензину масою 5,4 кг?

Розв’язання.

ЗАВДАННЯ ДОДОМУ.

Горіння палива. За даними таблиці склади задачі, розв’яжи їх і заповни порожні клітинки.

Паливо

?

Водень

Нафта

*>

і

Дрова

Домашній практикум.

Скориставшись платіжною книжкою для газу, розрахуй, скільки теплової енергії споживає ваша сім’я в середньому за тиждень, спалюючи природній газ. Вважай, що газовою мережею до пальників надходить газ метан.

Вправи.

Яка кількість теплоти виділяється при повному згорянні пальної суміші, яка складається з бензину об’ємом 1,5 дм:‘ і спирту об’ємом 0,5 дм3 ? (6,14 · IO1 кДж).

Скільки потрібно спалити кам’яного вугілля, щоб виділилося 1,5 · IO8 Дж енергії? (5 кг).

Яку масу спирту потрібно спалити, щоб нагріти 2 кг води від 14 до 50 °С, якщо вся теплота, яка виділяється при згорянні спирту, піде на нагрівання води? (11 г).

Яку масу води, взятої при температурі 14 °С, можна нагріти до 50 °С, спаливши 30 г спирту, якщо вважати, що вся теплота, яка виділяється при згорянні спирту піде на нагрівання води? (5,3 кг).

На скільки градусів можна нагріти воду об’ємом 100 дм3, спаливши деревне вугілля масою 0,5 кг, якщо вважати, що вся теплота піде на нагрівання води? (40 °С).

Прочитай і з’ясуй, що ти знаєш.

1.    У чому полягає сутність процесу згоряння?

2.    Що необхідно знати, щоб розрахувати кількість теплоти, яка виділяється при згорянні палива?

3.    Який хімічний процес відбувається при згорянні органічного палива?

4.    Яку фізичну величину називають питомою теплотою згоряння палива?

5.    Які одиниці питомої теплоти згоряння палива?

 

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Савченко

 

Категорія: Фізика

Автор: evg от 11-08-2016, 14:44, Переглядів: 1868