Удельная теплота сгорания

Прокатиться на метро, приготовить еду и погреться у батареи зимой не получилось бы, если бы человечество не научилось использовать энергию. А рождается эта энергия благодаря сгоранию топлива.
  • Автор

    Карина Хачатурян

  • Дата публикации

    04.06.2021

  • Просмотры

    27

Каникулы со смыслом в Skysmart для детей 4-17 лет

Смотреть летние курсы →

Виды топлива

Человеку очень нужно тепло для всех процессов жизнедеятельности: например, для обогрева жилища, готовки, плавления металлов и получения других видов энергии. Чтобы получать тепло и свет, человек использует топливо. Когда люди впервые добыли огонь, без топлива тоже не обошлось — им послужила древесина.

Топливо — это любое вещество, выделяющее энергию в ходе определенных процессов.

Существует четыре группы видов топлива:

  • твердое топливо,
  • жидкое топливо,
  • газообразное топливо,
  • ядерное топливо.

К твердому топливу относятся:

  • древесина,
  • горючие сланцы,
  • уголь,
  • торф.

Ископаемые твердые виды топлива, кроме сланцев, являются продуктом разложения органической массы растений. Торф — самый молодой из них, он представляет собой плотную массу, которая образовалась из перегнивших болотных растений. Уже не такие молодые (скажем, средних лет 🤣) бурые угли — это темная однородная масса, которая окисляется и рассыпается на свежем воздухе. Горючие сланцы — полезные ископаемые, дающие смолу. Каменные угли — ребята с повышенной прочностью и небольшой пористостью.

Жидкое топливо — это, например, бензин или нефть. Газообразное — это смесь, содержащая в себе водород и окись углерода.

В горючей части топлива всегда есть углерод, кислород, водород, сера и азот. Кислород в соединении с углеродом или водородом уменьшает тепло, которое выделяется в процессе горения. Азот переходит в продукты сгорания, не окисляясь. Сера — вредная примесь, при сгорании которой выделяется в 4 раза меньше теплоты, чем при сгорании углерода.

Под ядерным топливом обычно имеют в виду изотопы урана — подробнее об этом мы рассказали в статье «Ядерный реактор».

Удельная теплота сгорания топлива

Теплота сгорания топлива определяет количество полностью сгоревшего горючего и полученную при этом процессе энергию. Эта величина определяет энергетическую ценность топлива.

Удельная теплота фигурирует в формуле количества теплоты, выделяемого при сгорании топлива.

Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива

Q = q*m

Q — количество теплоты [Дж]

q — удельная теплота сгорания [Дж/м3]

m — масса [кг]

Удельная теплота сгорания — это табличная величина, которая определяется экспериментально достаточно непростыми методами.

Ниже представлены таблицы с некоторыми значениями удельной теплоты сгорания.

Твердое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бурый уголь

9,3

Древесный уголь

29,7

Сухие дрова

8,3

Древесные чурки

15,0

Каменный уголь

марки А-I

20,5

Каменный уголь

марки А-II

30,3

Кокс

30,3

Порох

3,0

Торф

15,0

Жидкое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бензин, нефть

46,0

Дизельное топливо

42,0

Керосин

43,0

Мазут

40,0

Этиловый спирт

27,0

Газообразное топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/м³

Водород

120,8

Генераторный газ

5,5

Коксовый газ

16,4

Природный газ

35,5

Светильный газ

21,0

Решение задач

Задачка простая

В топке паровой машины сгорело 50 кг каменного угля, удельная теплота сгорания которого равна 30 МДж/кг. Какое количество теплоты выделилось в этом процессе?

Решение

В условии задачи есть все необходимые данные, поэтому переводим их в СИ и подставляем в формулу.

СИ — международная система единиц. «Перевести в СИ» означает перевести все величины в метры, секунды и другие единицы измерения без приставок. Исключение — килограмм с приставкой «кило».

Переводим удельную теплоту сгорания в СИ:

30 МДж/кг = 30 000 000 Дж/кг

Подставляем значения в формулу:

Q = qm = 30 000 000 50 = 1 500 000 000 = 1500 МДж

Ответ: в процессе сгорания выделилось 1500 МДж.

Задачка сложная

Сколько килограммов воды можно нагреть на спиртовке при температуре 30°С, если сжечь в ней 21 грамм спирта? КПД спиртовки равен 30%.

Удельная теплота сгорания спирта — 2,9·107 Дж/кг.

Удельная теплоемкость воды — 4200 Дж/(кг·°С).

Решение

При нагревании тела на температуру Δt тело получает количество теплоты Q = cmΔt.

При сгорании тела выделяется энергия:


формула энергии

Учитывая, что КПД спиртовки равен 30%, получаем:


решение рис 1

решение рис 2

решение рис 3

Ответ: можно нагреть 1,45 кг воды.

Бесплатный вводный урок
Шаг 1 из 2. Данные ученика
Класс
Цель обучения
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0