8 класс
§ 10. Энергия топлива. Удельная теплота сгорания
Известно, что источником энергии, которая используется в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту, является топливо. Это уголь, нефть, торф, дрова, природный газ и др. При сгорании топлива выделяется энергия.
Попытаемся выяснить, за счёт чего выделяется при этом энергия.
Вспомним строение молекулы воды (рис. 16, а). Она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Если молекулу воды разделить на атомы, то при этом необходимо преодолеть силы притяжения между атомами, т. е. совершить работу, а значит, затратить энергию. И наоборот, если атомы соединяются в молекулу, энергия выделяется.
Использование топлива основано как раз на явлении выделения энергии при соединении атомов. Так, например, атомы углерода, содержащиеся в топливе, при горении соединяются с двумя атомами кислорода (рис. 16, б). При этом образуется молекула оксида углерода — углекислого газа — и выделяется энергия.
При расчёте двигателей инженеру необходимо точно знать, какое количество теплоты может выделить сжигаемое топливо. Для этого надо опытным путём определить, какое количество теплоты выделится при полном сгорании одной и той же массы топлива разных видов.
Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива.
Удельная теплота сгорания обозначается буквой q. Единицей удельной теплоты сгорания является 1 Дж/кг.
Удельную теплоту сгорания определяют на опыте с помощью довольно сложных приборов.
Результаты опытных данных приведены в таблице 2.
Таблица 2. Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива
| Вещество | q, Дж/кг |
| Порох | 0,38 • 107 |
| Дрова сухие | 1,0 • 107 |
| Торф | 1,4 • 107 |
| Каменный уголь | 2,7 • 107 |
| Спирт | 2,7 • 107 |
| Антрацит | 3,0 • 107 |
| Древесный уголь | 3,4 • 107 |
| Природный газ | 4,4 • 107 |
| Нефть | 4,4 • 107 |
| Бензин | 4,6 • 107 |
| Керосин | 4,6 • 107 |
| Водород | 12 • 107 |
Из этой таблицы видно, что удельная теплота сгорания, например, бензина 4,6 • 107 Дж/кг.
Это значит, что при полном сгорании бензина массой 1 кг выделяется 4,6 • 107 Дж энергии.
Общее количество теплоты Q, выделяемое при сгорании m кг топлива, вычисляется по формуле
Q = qm.
Вопросы:
1. Что такое удельная теплота сгорания топлива?
2. В каких единицах измеряют удельную теплоту сгорания топлива?
3. Что означает выражение «удельная теплота сгорания топлива равна 1,4 • 107 Дж/кг?
4 Как вычисляют количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива?
Упражнения:
Упражнение № 9
1. Какое количество теплоты выделяется при полном сгорании древесного угля массой 15 кг; спирта массой 200 г?
2. Сколько теплоты выделится при полном сгорании нефти, масса которой 2,5 т; керосина, объём которого равен 2 л, а плотность 800 кг/м3?
3. При полном сгорании сухих дров выделилось 50 000 кДж энергии. Какая масса дров сгорела?
Задания:
Используя таблицу 2, постройте столбчатую диаграмму для удельной теплоты сгорания дров, спирта, нефти, водорода, выбрав масштаб следующим образом: ширина прямоугольника — 1 клетка, высота 2 мм соответствует 10 Дж.
