Физика · конспекты
★0
Физика › 8 класс › Тепловые явления

Тема 13Энергия топлива

★★★
Термины темы — найди их в тексте:топливоУдельная теплота сгорания

Чтобы получить тепло, мы сжигаем топливо: дрова, уголь, газ, бензин, керосин. Горение — это химическая реакция: одни вещества превращаются в другие, и при этом выделяется энергия.

Почему так?

Горение идёт с участием кислорода воздуха. В угле, нефти, газе много углерода. Атом углерода соединяется с двумя атомами кислорода — получается молекула углекислого газа CO2\text{CO}_2, и выделяется энергия. Частицы продуктов горения движутся очень быстро — пламя горячее.

Молекула углекислого газа: один атом углерода и два атома кислорода
Молекула углекислого газа: один атом углерода и два атома кислорода Иллюстрация: light-fizika.ru

Чем больше топлива сгорело, тем больше теплоты выделилось. А разные виды топлива при одинаковой массе дают разную теплоту.

Определение

Удельная теплота сгорания топлива — величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива. Обозначается qq, измеряется в Дж/кг.

Теплота сгорания топлива
Q=q mq=QmQ=q\,m\qquad q=\frac{Q}{m}

Удельная теплота сгорания, 10710^7 Дж/кг

ТопливоqqТопливоqq
Порох0,38Антрацит3,0
Дрова сухие1,0Древесный уголь3,4
Торф1,4Природный газ4,4
Каменный уголь2,7Нефть4,4
Спирт2,7Бензин, керосин4,6
Водород12

Например, у торфа q=1,4⋅107q=1{,}4\cdot10^7 Дж/кг: при полном сгорании 1 кг торфа выделяется 1,4⋅1071{,}4\cdot10^7 Дж = 14 МДж.

Пример

Сколько теплоты выделится при сгорании 2 кг сухих дров?

Q=q m=1,0⋅107⋅2=2⋅107 Дж=20 МДжQ=q\,m=1{,}0\cdot10^7\cdot2=2\cdot10^7\ \text{Дж}=20\ \text{МДж}
В жизни

При сгорании угля, нефти и газа в воздух выбрасывается углекислый газ, который усиливает парниковый эффект. Самое «чистое» топливо — водород: при его сгорании получается только вода, а теплоты на килограмм выделяется больше всех.

Образ для запоминания

qq — «паспорт топлива»: сколько джоулей даёт один килограмм. Запомни ряд по возрастанию: дрова (1) → уголь (2,7) → газ (4,4) → бензин (4,6) → водород (12) — каждое следующее «сильнее».

⚗ Мини-опыт

Выберите топливо и его массу. Сколько чайников воды можно вскипятить, сжигая 100 г дров? А 100 г природного газа? Какое топливо самое «калорийное»?

▶ Симуляция PhET

На вкладке «Системы» соберите цепочку «чайник на горелке → турбина → лампочка». Проследите, во что превращается энергия, выделенная при сгорании топлива.

Виды и преобразование энергийОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Что показывает удельная теплота сгорания топлива?
Это энергия, «запасённая» в килограмме топлива.
2Какое топливо из перечисленных при сгорании 1 кг даёт больше всего теплоты?
У водорода q=12⋅107q=12\cdot10^7 Дж/кг — больше всех в таблице.
3Как изменится выделившаяся теплота, если сжечь в 3 раза больше топлива?
Q=qmQ=qm — теплота пропорциональна массе.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Сколько теплоты выделится при полном сгорании 5 кг каменного угля?

    Ответ

    Q=2,7⋅107⋅5=1,35⋅108Q=2{,}7\cdot10^7\cdot5=1{,}35\cdot10^8 Дж =135=135 МДж.

    Как получилось?

  2. Сколько теплоты выделится при сгорании 2 кг спирта?

    Ответ

    Q=2,7⋅107⋅2=5,4⋅107Q=2{,}7\cdot10^7\cdot2=5{,}4\cdot10^7 Дж.

    Как получилось?

  3. Сколько теплоты выделится при сгорании 200 г бензина?

    Ответ

    Q=4,6⋅107⋅0,2=9,2⋅106Q=4{,}6\cdot10^7\cdot0{,}2=9{,}2\cdot10^6 Дж =9,2=9{,}2 МДж.

    Как получилось?

  4. При полном сгорании 3 кг топлива выделилось 1,32⋅1081{,}32\cdot10^8 Дж. Что это могло быть за топливо?

    Ответ

    q=1,32⋅1083=4,4⋅107q=\dfrac{1{,}32\cdot10^8}{3}=4{,}4\cdot10^7 Дж/кг — природный газ или нефть.

    Как получилось?

  5. Сколько сухих дров нужно сжечь, чтобы получить 5⋅1075\cdot10^7 Дж теплоты?

    Ответ

    m=Qq=5⋅1071,0⋅107=5m=\dfrac{Q}{q}=\dfrac{5\cdot10^7}{1{,}0\cdot10^7}=5 кг.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Сколько воды можно нагреть от 20 ∘C20\,{}^\circ\text{C} до 100 ∘C100\,{}^\circ\text{C}, сжигая 100 г природного газа, если вся теплота идёт на нагрев воды?

    Ответ

    Q=4,4⋅107⋅0,1=4,4⋅106Q=4{,}4\cdot10^7\cdot0{,}1=4{,}4\cdot10^6 Дж; m=QcΔt=4,4⋅1064200⋅80≈13m=\dfrac{Q}{c\Delta t}=\dfrac{4{,}4\cdot10^6}{4200\cdot80}\approx13 кг.

    Как получилось?

  2. Сколько керосина нужно сжечь, чтобы нагреть 10 кг воды от 20 ∘C20\,{}^\circ\text{C} до 70 ∘C70\,{}^\circ\text{C}, если потерь нет?

    Ответ

    Q=4200⋅10⋅50=2,1⋅106Q=4200\cdot10\cdot50=2{,}1\cdot10^6 Дж; m=2,1⋅1064,6⋅107≈0,046m=\dfrac{2{,}1\cdot10^6}{4{,}6\cdot10^7}\approx0{,}046 кг ≈46\approx46 г.

    Как получилось?

  3. Что даст больше теплоты: 1 кг сухих дров или 0,3 кг бензина?

    Ответ

    Дрова: 1,0⋅1071{,}0\cdot10^7 Дж; бензин: 4,6⋅107⋅0,3=1,38⋅1074{,}6\cdot10^7\cdot0{,}3=1{,}38\cdot10^7 Дж — бензин.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Теплота сгорания
Q=q mQ=q\,m
Удельная теплота сгорания бензина
4,6⋅1074{,}6\cdot10^7 Дж/кг
Продукт сгорания углерода
Углекислый газ CO2\text{CO}_2

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.