Питоме згоряння бензину. Питома теплота згоряння. Звідки береться тепло у процесі горіння

Теплові машинив термодинаміці - це теплові двигуни, що періодично діють, і холодильні машини (термокомпресори). Різновидом холодильних машин є теплові насоси.

Пристрої, що здійснюють механічну роботу за рахунок внутрішньої енергії палива, називаються тепловими машинами (тепловими двигунами).Для функціонування теплової машини необхідні наступні складові: 1) джерело тепла з вищим температурним рівнем t1; 2) джерело тепла з нижчим температурним рівнем t2; 3) робоче тіло. Інакше сказати: будь-які теплові машини (теплові двигуни) складаються з нагрівача, холодильника та робочого тіла .

В якості робочого тілавикористовуються газ або пара, оскільки вони добре стискаються, і в залежності від типу двигуна може бути паливо (бензин, гас), водяна пара та ін. Нагрівач передає робочому тілу деяку кількість теплоти (Q1), і його внутрішня енергія збільшується, за рахунок цієї внутрішньої енергії відбувається механічна робота (А), потім робоче тіло віддає деяку кількість теплоти холодильнику (Q2) і охолоджується при цьому до початкової температури. Описана схема представляє цикл роботи двигуна і є загальною, у реальних двигунах роль нагрівача та холодильника можуть виконувати різні пристрої. Холодильником може бути довкілля.

Оскільки в двигуні частина енергії робочого тіла передається холодильнику, то зрозуміло, що не вся отримана від нагрівача енергія йде на здійснення роботи. Відповідно, коефіцієнт корисної діїдвигуна (ККД) дорівнює відношенню досконалої роботи (А) до кількості теплоти, отриманої ним від нагрівача (Q1):

Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ)

Існує два типи двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ): карбюраторнийі дизельний. У карбюраторному двигуні робоча суміш (суміш палива з повітрям) готується поза двигуном у спеціальному пристрої і з нього надходить у двигун. У дизельному двигунігорюча суміш готується у самому двигуні.

ДВС складається з циліндра , в якому переміщається поршень ; в циліндрі є два клапани через один з яких горюча суміш впускається в циліндр, а через інший відпрацьовані гази випускаються з циліндра. Поршень за допомогою кривошипно-шатунного механізму з'єднується з колінчастим валом , що приходить у обертання під час поступального руху поршня. Циліндр закритий кришкою.

Цикл роботи ДВЗ включає чотири такти: впуск, стиснення, робочий хід, випуск. Під час впускання поршень рухається вниз, тиск у циліндрі зменшується, і в нього через клапан надходить горюча суміш (у карбюраторному двигуні) або повітря (у дизельному двигуні). Клапан у цей час закритий. Наприкінці впуску горючої суміші закривається клапан.

Під час другого такту поршень рухається нагору, клапани закриті, і робоча суміш чи повітря стискаються. У цьому температура газу підвищується: горюча суміш у карбюраторному двигуні нагрівається до 300- 350 °З, а повітря у дизельному двигуні - до 500-600 °З. В кінці такту стиснення в карбюраторному двигуні проскакує іскра, і горюча суміш спалахує. У дизельному двигуні в циліндр впорскується паливо, і суміш, що утворилася, самозаймається.

При згорянні горючої суміші газ розширюється і штовхає поршень і з'єднаний з ним колінчастий вал, роблячи механічну роботу. Це призводить до того, що газ охолоджується.

Коли поршень прийде до нижньої точки, тиск у ньому зменшиться. При русі поршня вгору відкривається клапан, і відбувається випуск газу, що відпрацював. Наприкінці цього такту клапан закривається.

Парова турбіна

Парова турбінає насадженим на вал диском, на якому укріплені лопаті. На лопаті надходить пара. Пара, нагріта до 600 ° С, прямує в сопло і в ньому розширюється. При розширенні пари відбувається перетворення її внутрішньої енергії на кінетичну енергію спрямованого руху струменя пари. Струмінь пари надходить із сопла на лопаті турбіни і передає їм частину своєї кінетичної енергії, приводячи турбіну в обертання. Зазвичай турбіни мають кілька дисків, кожному з яких передається частина енергії пари. Обертання диска передається валу, з яким з'єднаний генератор електричного струму.

При згорянні різного паливаоднакової маси виділяється різна кількість теплоти. Наприклад, добре відомо, що природний газ є енергетично вигіднішим паливом, ніж дрова. Це означає, що для отримання однієї і тієї ж кількості теплоти, маса дров, які потрібно спалити, повинна бути суттєво більшою за масу природного газу. Отже, різні видипалива з енергетичної точки зору характеризуються величиною, яка називається питомою теплотою згоряння палива .

Питома теплота згоряння палива - фізична величина, Що показує, скільки теплоти виділяється при повному згорянні палива масою 1 кг.

Питома теплота згоряння позначається буквою q , її одиницею є 1 Дж/кг.

Значення питомої теплоти визначають експериментально. Найбільшу питому теплоту згоряння має водень , найменшу - порох .

Питома теплота згоряння нафти – 4,4*10 7 Дж/кг. Це означає, що за повного згоряння 1 кг нафти виділяється кількість теплоти 4,4*10 7 Дж. У випадку, якщо маса палива дорівнює m кількість теплоти Q, що виділяється при його повному згорянні, дорівнює добутку питомої теплоти згоряння палива q на його масу:

Q = qm.

Конспект уроку з фізики у 8 класі «Теплові машини. ДВЗ. Питома теплота згоряння».

Людство у процесі своєї еволюції навчилося отримувати теплову енергіюза допомогою спалювання різних видівпалива. Найпростішим прикладом можемо служити багаття з дров, яке розпалювали первісні люди, і з того часу торф, вугілля, бензин, нафта, природний газ — це види палива, спалюючи які людина отримує теплову енергію. То що таке питома теплота згоряння?

Звідки береться тепло у процесі горіння?

Сам собою процес згоряння палива — це хімічна, окислювальна реакція. Більшість видів палива містить велику кількість вуглецю, водню H, сірки S та інших речовин. Під час горіння атоми C, H, і S з'єднується з атомами кисню О 2 , в результаті чого виходить молекули, СО 2 , Н 2 О, SO 2 . При цьому відбувається виділення великої кількостітеплової енергії, яку люди навчилися використовувати у своїх цілях.

Мал. 1. Види палива: вугілля, торф, нафту, газ.

Основний внесок у виділення тепла дає вуглець C. Другий за кількістю тепла внесок вносить водень H.

Мал. 2. Атоми вуглецю вступають у реакцію з атомами кисню.

Що таке питома теплота згоряння?

Питома теплота згоряння q - це фізична величина, що дорівнює кількості тепла, що виділяється при повному згорянні 1 кг палива.

Формула питомої теплоти згоряння виглядає так:

$$q=(Q \over m)$$

Q - кількість тепла, що виділилося в процесі горіння палива, Дж;

m - маса палива, кг.

Одиницею виміру q у міжнародній системі одиниць СІ є Дж/кг.

$$[q]=(Дж \over кг)$$

Для позначення великих величин часто використовуються позасистемні одиниці енергії: кілоджоулі (кДж), мегаджоулі (МДж) і гігаджоулі (ГДж).

Значення q різних речовин визначають експериментально.

Знаючи q, можна обчислити кількість тепла Q, що вийде в результаті спалювання палива масою m:

Як вимірюють питому теплоту згоряння

Для вимірювання q використовують прилади, які називаються калориметрами (calor – тепло, metroo – вимірюю).

Контейнер із порцією палива спалюється усередині приладу. Контейнер поміщений у воду із відомою масою. В результаті горіння тепло, що виділилося, нагріває воду. Величина маси води та зміна її температури дозволяють обчислити теплоту згоряння. Далі q визначається за наведеною вище формулою.

Мал. 3. Вимірювання питомої теплоти згоряння.

Де можна знайти значення q

Інформацію про величини питомої теплоти згоряння для конкретних видів палива можна знайти в технічних довідниках або електронних версіях на інтернет-ресурсах. Зазвичай вони наводяться у вигляді такої таблиці:

Питома теплота згоряння, q

Ресурси розвіданих, сучасних видівпалива обмежені. Тому в майбутньому на зміну їм прийдуть інші джерела енергії:

• атомні, які використовують енергію ядерних реакцій;
• сонячні, що перетворюють енергію сонячних променів у тепло та електрику;
• вітряні;
• геотермальні, які використовують тепло гарячих природних джерел.

Що ми дізналися?

Отже, ми довідалися чому виділяється багато тепла у горінні палива. Для обчислення кількості тепла, що виділяється при згорянні деякої маси палива, необхідно знати величину q - питому теплоту згоряння цього палива. Значення q визначені експериментально методами калориметрії та наведені у довідниках.

Тест на тему

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 4.2. Усього отримано оцінок: 65.

питома теплота згоряння - питома теплоємність— Тематики нафтогазова промисловість Синоніми питома теплоємність EN specific heat …

Кількість теплоти, що виділяється за повного згоряння палива масою 1 кг. Питома теплота згоряння палива визначається дослідним шляхом та є найважливішою характеристикою палива. також: Паливо Фінансовий словник Фінам … Фінансовий словник

питома теплота згоряння торфу бомбою- Вища теплота згоряння торфу з урахуванням теплоти утворення та розчинення у воді сірчаної та азотної кислот. [ГОСТ 21123 85] Неприпустимі, нерекомендовані теплотворна здатність торфу бомбою Тематики торф Узагальнюючі терміни властивості торфу EN… … Довідник технічного перекладача

питома теплота згоряння (палива)- 3.1.19 питома теплота згоряння (палива): Сумарна кількість енергії, що вивільняється в регламентованих умовах спалювання палива. Джерело …

Питома теплота згоряння торфу бомбою- 122. Питома теплота згоряння торфу за бомбою Вища теплота згоряння торфу з урахуванням теплоти утворення та розчинення у воді сірчаної та азотної кислот Джерело: ГОСТ 21123 85: Торф. Терміни та визначення оригінал документа … Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації

питома теплота згоряння палива- 35 питома теплота згоряння палива: Сумарна кількість енергії, що вивільняється у встановлених умовах спалювання палива. Джерело: ГОСТ Р 53905 2010: Енергозбереження. Терміни та визначення оригінал документа … Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації

Це кількість теплоти, що виділилася при повному згорянні масової (для твердих і рідких речовин) або об'ємної (для газоподібних) одиниці речовини. Вимірюється у джоулях або калоріях. Теплота згоряння, віднесена до одиниці маси або об'єму палива, ... Вікіпедія

Сучасна енциклопедія

Теплота спалювання- (Теплота горіння, калорійність), кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні палива. Розрізняють теплоту згоряння питому, об'ємну та ін. Наприклад, питома теплота згоряння кам'яного вугілля 28 34 МДж/кг, бензину близько 44 МДж/кг; об'ємна… … Ілюстрований енциклопедичний словник

Теплота згоряння палива питома- Питома теплота згоряння палива: сумарна кількість енергії, що вивільняється у встановлених умовах спалювання палива.

У цьому уроці ми навчимося розраховувати кількість теплоти, що виділяє паливо під час згоряння. Крім того, розглянемо характеристику палива – питому теплоту згоряння.

Оскільки все наше життя засноване на русі, а рух здебільшого заснований на згорянні палива, то вивчення цієї теми дуже важливе для розуміння теми «Теплові явища».

Після вивчення питань, пов'язаних з кількістю теплоти та питомою теплоємністю, перейдемо до розгляду кількості теплоти, що виділяється при спалюванні палива.

Визначення

Паливо- Речовина, яка в деяких процесах (горіння, ядерні реакції) виділяє тепло. Є джерелом енергії.

Паливо буває твердим, рідким та газоподібним(Рис. 1).

Мал. 1. Види палива

• До твердих видів палива відносять вугілля та торф.
• До рідких видів палива відносять нафту, бензин та інші нафтопродукти.
• До газоподібних видів палива відносять природний газ.
• Окремо можна виділити дуже поширене в Останнім часом ядерне паливо.

Згоряння палива – це хімічний процес, який є окисним. При згорянні атоми вуглецю з'єднуються з атомами кисню утворюючи молекули. Внаслідок цього виділяється енергія, яку і використовує людина у своїх цілях (рис. 2).

Мал. 2. Освіта Вуглекислий газ

Для характеристики палива використовується така характеристика, як теплотворність. Теплотворність показує, скільки теплоти виділяється при згорянні палива (рис. 3). У фізиці теплотворності відповідає поняття питомої теплоти згоряння речовини.

Мал. 3. Питома теплота згоряння

Визначення

Питома теплота згоряння- фізична величина, що характеризує паливо, чисельно дорівнює кількості теплоти, що виділяється за повного згоряння палива.

Питому теплоту згоряння прийнято позначати буквою. Одиниці виміру:

У одиницях виміру відсутня , оскільки згоряння палива відбувається за незмінної температурі.

Питома теплота згоряння визначається дослідним шляхом з допомогою складних приладів. Проте задля вирішення завдань існують спеціальні таблиці. Нижче наведемо значення питомої теплоти згоряння деяких видів палива.

Таблиця 4. Питома теплота згоряння деяких речовин

З наведених величин видно, що з згорянні виділяється дуже багато теплоти, тому використовуються одиниці виміру (мегаджоули) і (гигаджоули).

Для обчислення кількості теплоти, що виділяється при згорянні палива, використовується така формула:

Тут: - Маса палива (кг), - Питома теплота згоряння палива ().

Наприкінці зазначимо, що більшість палива, що використовується людством, запасена за допомогою сонячної енергії. Вугілля, нафта, газ - усе це утворилося Землі завдяки впливу Сонця (рис. 4).

Мал. 4. Утворення палива

На наступному уроці ми поговоримо про закон збереження та перетворення енергії у механічних та теплових процесах.

переліклітератури

1. Генденштейн Л.Е, Кайдалов А.Б., Кожевніков В.Б. / За ред. Орлова В.А., Ройзена І.І. Фізика 8. – М.: Мнемозіна.
2. Перишкін А.В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадєєва А.А., Засов А.В., Кисельов Д.Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.

1. Інтернет-портал «festival.1september.ru» ()
2. Інтернет-портал «school.xvatit.com» ()
3. Інтернет-портал «stringer46.narod.ru» ()

Домашнє завдання