Удельная теплота сгорания бензина как найти

Энергия, которую тело получает или отдает при теплопередаче, называется количеством теплоты. Мы проделали не один опыт, рассмотрели как при теплообмене одни тела отдают энергию, а другие получают. Во многих опытах мы использовали горелку, чтобы сообщить телу какое-то количество теплоты. А как рассчитать это количество теплоты?

С давних времен, чтобы получить энергию, люди используют топливо. Сейчас топливо является источником энергии в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и, конечно, в повседневном быту. Это нефть, природный газ, торф, уголь, дрова и др. 

В данном уроке мы рассмотрим, за счет чего выделяется энергия при сгорании топлива и как ее рассчитать. Также вы узнаете новое определение (удельная теплота сгорания) и научитесь им пользоваться.

Сгорание топлива и энергия

Для начала давайте вспомним строение молекулы воды (рисунок 1). Она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.

Между атомами действуют силы притяжения. Если мы захотим разделить атомы, составляющие молекулы, придется преодолеть эти силы. В таком случае будет совершена работа, и затрачена некоторая энергия. При соединение атомов, наоборот, энергия будет выделяться.

Выделение энергии при соединении атомов — явление, на котором основано использование топлива.

В любом топливе содержатся атомы углерода. В процессе горения они соединяются с двумя атомами кислорода (рисунок 2).

Удельная теплота сгорания 

При сгорании разных видов топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Для того чтобы характеризовать каждый вид топлива используют такую величину, как удельная теплота сгорания. При проектировании двигателей эта величина помогает рассчитать, какое количество теплоты может выделить сжигаемое топливо.

Удельная теплота сгорания топлива — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой $1 space кг$.

• Обозначается буквой $q$
• Единица измерения — $1 frac{Дж}{кг}$

Величину удельной теплоты сгорания устанавливают на опыте. Мы будем использовать уже готовые результаты таких исследований, представленные в таблице 1.

Вещество	$q, space frac{Дж}{кг}$	Вещество	$q, space frac{Дж}{кг}$
Порох	$0.38 cdot 10^7$	Древесный уголь	$3.4 cdot 10^7$
Дрова сухие	$1.0 cdot 10^7$	Природный газ	$4.4 cdot 10^7$
Торф	$1.4 cdot 10^7$	Нефть	$4.4 cdot 10^7$
Каменный уголь	$2.7 cdot 10^7$	Бензин	$4.6 cdot 10^7$
Спирт	$2.7 cdot 10^7$	Керосин	$4.6 cdot 10^7$
Антрацит	$3.0 cdot 10^7$	Водород	$12 cdot 10^7$

Возьмем табличное значение удельной теплоты сгорания нефти — $4.4 cdot 10^7 frac{Дж}{кг}$. Эта величина говорит нам о том, что при полном сгорании нефти массой  $1 space кг$ выделяется $4.4 cdot 10^7 frac{Дж}{кг}$ энергии.

Формула для расчета количества теплоты, выделяемого при сгорании топлива

Для расчета полного количества теплоты, выделяемого при полном сгорании топлива некоторой массы, используют формулу:

$Q = qm$,

где $Q$ — выделяемое количество теплоты,

$q$ -удельная теплота сгорания топлива,

$m$ — масса сгораемого топлива.

Упражнения

$Q — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

$m — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

«Чтобы согреть других, свеча должна сгореть»

М.Фарадей.

Цель: Изучить вопросы использования внутренней энергии топлива, выделения тепла при сгорании топлива.

Задачи урока:

образовательные:

• повторить и закрепить знания по пройденному материалу,;
• ввести понятие об энергии топлива, удельной теплоты сгорания топлива;
• продолжить развитие навыков решения расчётных задач.

развивающие:

• развивать аналитическое мышление;
• развивать умения работать с таблицами и делать выводы;
• развивать способности учащихся выдвигать гипотезы, аргументировать их, грамотно выражать свои мысли вслух;
• развивать наблюдательность и внимание.

воспитательные:

• воспитывать бережное отношение к использованию топливных ресурсов;
• воспитывать интерес к предмету через показ связи изучаемого материала с реальной жизнью;
• воспитывать навыки коммуникативного общения.

Предметные результаты:

Обучающиеся должны знать:

• удельная теплота сгорания топлива — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг;
• при сгорании топлива выделяется значительная энергия, которую используют в быту, промышленности, сельском хозяйстве, на электростанциях, в автомобильном транспорте;
• единицу измерения удельной теплоты сгорания топлива.

Обучающиеся должны уметь:

• объяснять процесс выделения энергии при сгорании топлива;
• пользоваться таблицей удельной теплоты сгорания топлива;
• сравнивать удельную теплоту сгорания топлива различных веществ и энергию, выделяющуюся при сгорании различных видов топлива.

Обучающиеся должны применять:

• формулу для вычисления энергии, которая выделилась при сгорании топлива.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование: свеча, тарелка, стакан, листок растения, сухое горючее, 2 спиртовки, бензин, спирт, 2 пробирки с водой.

Ход урока

1. Оргмомент.

Приветствие учащихся, проверка готовности к уроку.

Известно, что великий ученый М. В. Ломоносов ещё в 1744 г работал над трактатом «Размышления о причине теплоты и холода». Тепловые явления играют огромную роль в окружающем нас мире, в жизни человека, растений, животных, а также в технике.

Давайте проверим, насколько хорошо вы усвоили эти знания.

2. Мотивация к учебной деятельности.

Есть ли у вас вопросы по домашнему заданию? Давайте проверим, как вы справились с ним:

• двое учащихся представляют решение домашних задач на доске.

1) Определите абсолютную влажность воздуха в кладовке объемом 10 м³, если в нем содержится водяной пар массой 0,12 кг.

2) Давление водяного пара в воздухе равно 0,96 кПа, относительная влажность воздуха 60 %. Чему равно давление насыщенного водяного пара при той же температуре?

• 1 ученик (Дима) на доске заполняет схему;

задание: подпишите около каждой стрелки название процессов и формулу для расчета количества теплоты в каждом из них

• А пока ребята работают у доски, мы с вами выполним другое задание.

Посмотрите на текст, изображенный на слайде, и найдите в нем физические ошибки, которые допустил автор (предложите правильный ответ):

1) В яркий солнечный день ребята отправились в поход. Чтобы было не так жарко, ребята оделись в темные костюмы. К вечеру стало свежо, но после купания стало теплее. Ребята налили себе горячий чай в железные кружки и с удовольствием пили его, не обжигаясь. Было очень здорово!!!

Ответ: темное больше поглощает тепла; при испарении температура тела понижается; теплопроводность металлов больше, поэтому он нагревается сильнее.

2) Проснувшись раньше обычного, Вася сразу вспомнил, что на восемь утра договорился с Толей идти на речку смотреть ледоход. Вася выбежал на улицу, Толя был уже там. «Вот погодка сегодня! – вместо приветствия восхищённо произнёс он. – Солнце какое, а температура с утра -2 градуса по Цельсию.» «Нет, -4», возразил Вася. Мальчики заспорили, потом сообразили, в чём дело. «У меня термометр на ветру, а у тебя в укромном месте, поэтому твой и показывает больше», – догадался Толя. И ребята побежали, шлёпая по лужам.

Ответ: при наличии ветра испарение происходит интенсивнее, поэтому первый термометр должен показывать температуру ниже; при температуре ниже 00С вода замерзает.

Молодцы, все ошибки нашли верно.

Давайте проверим правильность решения задач (ученики, решавшие задачи, комментируют свое решение).

А теперь давайте проверим, как Дима справился со своим заданием.

Все ли фазовые переходы Дима назвал верно? А что произойдет, если в пламя поместить деревянную палочку? (Она будет гореть)

Вы верно заметили, что происходит процесс горения.

Наверное, вы уже догадались, о чем мы сегодня с вами будем говорить (выдвигают гипотезы).

Как вы думаете, на какие вопросы мы сможем ответить в конце урока?

• понять физический смысл процесса сгорания;
• узнать, от чего зависит количество теплоты, выделяющееся при сгорании;
• выяснить применение данного процесса в жизни, в быту и т.д.

3. Новый материал.

Каждый день мы можем наблюдать, как сгорает природный газ в горелке плиты. Это и есть процесс сгорания топлива.

Опыт №1. Свеча закреплена на дне тарелки с помощью пластилина. Зажжём свечу, затем закроем её банкой. Несколько мгновений спустя пламя свечи погаснет.

Создаётся проблемная ситуация, при решение которой учащиеся делают вывод: свеча горит при наличии кислорода.

Вопросы к классу:

— Чем сопровождается процесс горения?

— Почему свеча гаснет? Каковы условия, при которых идет процесс горения?

— За счёт чего выделяется энергия?

Для этого вспомним строение вещества.

— Из чего состоит вещество? (из молекул, молекулы из атомов)

— Какими видами энергии обладает молекула? (кинетической и потенциальной)

— А можно ли молекулу разделить на атомы? (да)

Чтобы разделить молекулы на атомы, необходимо преодолеть силы притяжения атомов, а значит, совершить работу, то есть затратить энергию.

При соединении атомов в молекулу энергия, наоборот, выделяется. Такое соединение атомов в молекулы происходит и при сжигании топлива. Обычное топливо содержит углерод. Вы верно определили, что без доступа воздуха горение невозможно. При горении атомы углерода соединяются с атомами кислорода, которые содержатся в воздухе, при этом образуется молекула углекислого газа и выделяется энергия в виде тепла.

А теперь давайте проведем опыт и посмотрим одновременное горение нескольких видов топлива: бензина, сухого горючего, спирта и парафина (Опыт №2).

Что общего и чем отличается горение каждого вида топлива?

Да, при сгорании любых веществ образуются другие вещества-продукты сгорания. Например ,при сгорании дров остается зола и выделяется углекислый ,угарный и другие газы.

Но, главное предназначение топлива – давать тепло!

Давайте рассмотрим еще один опыт.

Опыт №3: (на двух одинаковых спиртовках: одна заполнена бензином, другая спиртом, нагревается одинаковое количество воды).

Вопросы по опыту:

— За счет какой энергии нагревается вода?

— А как определить количество теплоты, которое пошло на нагревание воды?

— В каком случае вода быстрее закипела?

— Какой вывод можно сделать из опыта?

— Какое топливо, спирт или бензин, выделило больше тепла при полном сгорании? (бензин больше тепла, чем спирт).

Учитель: Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива, обозначается буквой q. Единица измерения Дж/кг.

Удельную теплоту сгорания определяют на опыте довольно сложными приборами.

Результаты опытных данных приведены в таблице учебника (стр.128) .

Давайте поработаем с этой таблицей.

Вопросы по таблице:

1. Чему равна удельная теплота сгорания бензина? (44 МДж/кг)
2. Что это означает? (Это значит, что при полном сгорании бензина массой 1 кг выделяется 44 МДж энергии).
3. У какого вещества наименьшая удельная теплота сгорания? (дрова).
4. Какое топливо при сгорании дает больше всего количества теплоты? (водород, т.к. его удельная теплота сгорания больше остальных).
5. Сколько выделяется количества теплоты при сгорании 2 кг спирта? Как вы это определили?
6. Что же нужно знать, чтобы рассчитать количество теплоты, выделяющееся при сгорании?

Делают вывод, что для нахождения количества теплоты нужно знать не только удельную теплоту сгорания топлива, но и его массу.

Значит, общее количество теплоты Q (Дж), выделяемое при полном сгорании m (кг) топлива, вычисляется по формуле: Q = q · m

Запишем в тетрадь.

А как найти из этой формулы массу сгораемого топлива?

Выразите из формулы удельную теплоту сгорания. (Можно вызвать ученика к доске для записи формул)

Физкультминутка

Мы устали. Давайте немного разомнемся. Выпрямите спину. Расправьте плечи. Я буду называть топливо, а вы если считаете, что оно твердое, опускаете голову вниз, если жидкое, то поднимаете руки вверх, а если газообразное — тянете руки вперед.

Уголь – твердое.

Природный газ – газообразное.

Нефть — жидкое.

Древесина – твердое.

Бензин – жидкое.

Торф – твердое.

Антрацит – твердое.

Керосин – жидкое.

Коксовальный газ – газообразное.

Молодцы! Самый внимательный и спортивный у нас… Садитесь.

Учитель: Ребята! Давайте подумаем над вопросом: «Процесс сгорания человеку друг или враг?»

Опыт №4. Повторим опыт с горящей свечей, но теперь рядом со свечей положим листок растения.

Посмотрите, что произошло с растением рядом с пламенем свечи?

Т.о. при использовании топлива не нужно забывать и про вред продуктов сгорания для живых организмов.

4. Закрепление.

Ребята, а скажите мне пожалуйста, а что для нас с вами является топливом? В человеческом организме роль горючего играет пища. Разные виды пищи, как и разные виды топлива, содержат различный запас энергии. (Показать таблицу на компьютере «Удельная теплота сгорания пищевых продуктов»). 

Продукт	Удельная теплота сгорания топлива q, МДж/кг
Хлеб пшеничный	9,3
Хлеб ржаной	8,8
Картофель	3,8
Говядина	7,5
Мясо курицы	5,4
Масло сливочное	33
Сметана	15
Рыба	3,5
Творог жирный	9,8
Масло подсолнечное	38,9
Виноград	2,4
Шоколад	20,6
Рулет шоколадный	17,1
Мороженое сливочное	75
Чипсы	21,3
Кириешки	16
Чай сладкий	2,2
Какао	2,8
“Кока кола”	1,7
Смородина черная	24

Предлагаю вам объединиться в группы (1 и 2, 3 и 4 парта) и выполнить следующие задания (по раздаточному материалу). На выполнение вам дается 5 минут, после чего обсудим полученные результаты.

Задания группам:

• 1 группа: при подготовке к урокам в течение 2 часов вы тратите 800 кДж энергии. Восстановите ли вы запас энергии, если съедите пачку чипсов 28г и выпьете стакан «Кока-колы» (200г) ?
• 2 группа: на какую высоту может подняться человек массой 70 кг, если съест бутерброд с маслом (100г пшеничного хлеба и 50г сливочного масла).
• 3 группа: достаточно ли для Вас потребление в течение дня 100 г творога, 50 г пшеничного хлеба,50 г говядины и 100 г картофеля, 200 г сладкого чая (1 стакан). Необходимое количество энергии для учащегося 8 класса составляет 1,2 МДж.
• 4 группа: с какой скоростью должен бежать спортсмен массой 60 кг, если он съест бутерброд с маслом (100г пшеничного хлеба и 50г сливочного масла).
• 5 группа: сколько шоколада может съесть подросток массой 55 кг, чтобы восполнить потраченную им энергию при чтении книги сидя? (в течение часа)

Примерные энергозатраты подростка массой 55 кг за 1 час при различных видах деятельности

Мытье посуды	0, 59 МДж
Подготовка к урокам	0,4 МДж
Чтение про себя	0,38 МДж
Сидение (в покое)	0,42 МДж
Физическая зарядка	1-1,4 МДж

• 6 группа: Восстановит ли спортсмен массой 70 кг запас энергии после плавания в течение 20 мин, если съест 50 г ржаного хлеба и 100 г говядины?

Примерные энергозатраты человека за 1 час при различных видах деятельности (на 1 кг массы)

Зарядка (гимнастика)	22,6 кДж
Баскетбол	35,2 кДж
Волейбол	15,1 кДж
Плавание	12,6 кДж
Ходьба	15,1 кДж
Бег, прыжки	30,1 кДж

Группы представляют решение задачи на листке ватмана, далее поочередно выходят к доске и объясняют его.

5. Рефлексия. Итог урока.

Давайте вспомним, какие задачи мы ставили перед собой в начале урока? Все ли мы достигли?

Ребята по кругу высказываются одним предложением, выбирая начало фразы из рефлексивного экрана на доске:

• сегодня я узнал…
• было интересно…
• было трудно…
• я выполнял задания…
• я понял, что…
• теперь я могу…
• я почувствовал, что…
• я приобрел…
• я научился…
• у меня получилось …
• я смог…
• я попробую…
• меня удивило…
• урок дал мне для жизни…
• мне захотелось…

1. Что нового узнали на уроке?

2. Пригодятся ли эти знания в жизни?

Выставление оценок за урок самым активным учащимся.

6. Д.з

1. Параграф 10
2. Задача (1 на выбор):
• 1 уровень: сколько тепла при сгорании дают 10 кг древесного угля?
• 2 уровень: при полном сгорании нефти выделилось 132 кДж энергии. Какая масса нефти сгорела?
• 3 уровень: сколько теплоты выделяется при полном сгорании 0,5 литров спирта (плотность спирта 800 кг/м3)
3. Сравнительная таблица: виды топлива (достоинства и недостатки)