Тепловые машины в термодинамике — это периодически действующие тепловые двигатели и холодильные машины (термокомпрессоры). Разновидностью холодильных машин являются тепловые насосы.
Устройства, совершающие механическую работу за счёт внутренней энергии топлива, называются тепловыми машинами (тепловыми двигателями). Для функционирования тепловой машины необходимы следующие составляющие: 1) источник тепла с более высоким температурным уровнем t1, 2) источник тепла с более низким температурным уровнем t2, 3) рабочее тело. Иначе сказать: любые тепловые машины (тепловые двигатели) состоят из нагревателя, холодильника и рабочего тела .
В качестве рабочего тела используются газ или пар, поскольку они хорошо сжимаются, и в зависимости от типа двигателя может быть топливо (бензин, керосин), водяной пар и пр. Нагреватель передаёт рабочему телу некоторое количество теплоты (Q1), и его внутренняя энергия увеличивается, за счёт этой внутренней энергии совершается механическая работа (А), затем рабочее тело отдаёт некоторое количество теплоты холодильнику (Q2) и охлаждается при этом до начальной температуры. Описанная схема представляет цикл работы двигателя и является общей, в реальных двигателях роль нагревателя и холодильника могут выполнять различные устройства. Холодильником может служить окружающая среда.
Поскольку в двигателе часть энергии рабочего тела передается холодильнику, то понятно, что не вся полученная им от нагревателя энергия идет на совершение работы. Соответственно, коэффициент полезного действия двигателя (КПД) равен отношению совершенной работы (А) к количеству теплоты, полученному им от нагревателя (Q1):
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
Существует два типа двигателей внутреннего сгорания (ДВС): карбюраторный и дизельный . В карбюраторном двигателе рабочая смесь (смесь топлива с воздухом) готовится вне двигателя в специальном устройстве и из него поступает в двигатель. В дизельном двигателе горючая смесь готовится в самом двигателе.
ДВС состоит из цилиндра
, в котором перемещается поршень
; в цилиндре имеются два клапана
, через один из которых горючая смесь впускается в цилиндр, а через другой отработавшие газы выпускаются из цилиндра. Поршень с помощью кривошипно-шатунного механизма
соединяется с коленчатым валом
, который приходит во вращение при поступательном движении поршня. Цилиндр закрыт крышкой.
Цикл работы ДВС включает четыре такта : впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Во время впуска поршень движется вниз, давление в цилиндре уменьшается, и в него через клапан поступает горючая смесь (в карбюраторном двигателе) или воздух (в дизельном двигателе). Клапан в это время закрыт. В конце впуска горючей смеси закрывается клапан.
Во время второго такта поршень движется вверх, клапаны закрыты, и рабочая смесь или воздух сжимаются. При этом температура газа повышается: горючая смесь в карбюраторном двигателе нагревается до 300- 350 °С, а воздух в дизельном двигателе - до 500-600 °С. В конце такта сжатия в карбюраторном двигателе проскакивает искра, и горючая смесь воспламеняется. В дизельном двигателе в цилиндр впрыскивается топливо, и образовавшаяся смесь самовоспламеняется.
При сгорании горючей смеси газ расширяется и толкает поршень и соединенный с ним коленчатый вал, совершая механическую работу. Это приводит к тому, что газ охлаждается.
Когда поршень придёт в нижнюю точку, давление в нём уменьшится. При движении поршня вверх открывается клапан, и происходит выпуск отработавшего газа. В конце этого такта клапан закрывается.
Паровая турбина
Паровая турбина представляет собой насаженный на вал диск, на котором укреплены лопасти. На лопасти поступает пар. Пар, нагретый до 600 °С, направляется в сопло и в нём расширяется. При расширении пара происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Струя пара поступает из сопла на лопасти турбины и передаёт им часть своей кинетической энергии, приводя турбину во вращение. Обычно турбины имеют несколько дисков, каждому из которых передаётся часть энергии пара. Вращение диска передаётся валу, с которым соединён генератор электрического тока.
При сгорании различного топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Например, хорошо известно, что природный газ является энергетически более выгодным топливом, чем дрова. Это значит, что для получения одного и того же количества теплоты, масса дров, которые нужно сжечь, должна быть существенно больше массы природного газа. Следовательно, различные виды топлива с энергетической точки зрения характеризуются величиной, называемой удельной теплотой сгорания топлива .
Удельная теплота сгорания топлива - физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.
Удельная теплота сгорания обозначается буквой q , её единицей является 1 Дж/кг .
Значение удельной теплоты определяют экспериментально. Наибольшую удельную теплоту сгорания имеет водород , наименьшую - порох .
Удельная теплота сгорания нефти - 4,4*10 7 Дж/кг. Это означает, что при полном сгорании 1 кг нефти выделяется количество теплоты 4,4*10 7 Дж. В общем случае, если масса топлива равна m , то количество теплоты Q, выделяющееся при его полном сгорании, равно произведению удельной теплоты сгорания топлива q на его массу:
Q = qm .
Конспект урока по физике в 8 классе «Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания».
Человечество в процессе своей эволюции научилось получать тепловую энергию с помощью сжигания разных видов топлива. Простейшим примером можем служить костер из дров, который разжигали первобытные люди, и с тех пор торф, уголь, бензин, нефть, природный газ — все это виды топлива, сжигая которые человек получает тепловую энергию. Так что же такое удельная теплота сгорания?
Откуда берется тепло в процессе горения?
Сам по себе процесс сгорания топлива — это химическая, окислительная реакция. Большинство видов топлива содержит большое количество углерода С, водорода H, серы S и других веществ. Во время горения атомы C, H, и S соединяется с атомами кислорода О 2 , в результате чего получается молекулы СО, СО 2 , Н 2 О, SO 2 . При этом происходит выделение большого количества тепловой энергии, которую люди научились использовать в своих целях.
Рис. 1. Виды топлива: уголь, торф, нефть, газ.
Основной вклад в выделение тепла дает углерод C. Второй по количеству тепла вклад вносит водород H.
Рис. 2. Атомы углерода вступают в реакцию с атомами кислорода.
Что такое удельная теплота сгорания?
Удельная теплота сгорания q — это физическая величина равная количеству тепла, выделяющегося при полном сгорания 1 кг топлива.
Формула удельной теплоты сгорания выглядит так:
$$q={Q \over m}$$
Q — количество тепла, выделившееся в процессе горения топлива, Дж;
m — масса топлива, кг.
Единицей измерения q в интернациональной системе единиц СИ является Дж/кг.
$$[q]={Дж \over кг}$$
Для обозначения больших величин q часто используются внесистемные единицы энергии: килоджоули (кДж), мегаджоули (МДж) и гигаджоули (ГДж).
Значения q для разных веществ определяют экспериментально.
Зная q, можно вычислить количество тепла Q, которое получится в результате сжигания топлива массой m:
Как измеряют удельную теплоту сгорания
Для измерения q используют приборы, которые называются калориметрами (calor – тепло, metreo – измеряю).
Контейнер с порцией топлива сжигается внутри прибора. Контейнер помещен в воду с известной массой. В результате горения выделившееся тепло нагревает воду. Величина массы воды и изменение ее температуры позволяют вычислить теплоту сгорания. Далее q определяется по вышеприведенной формуле.
Рис. 3. Измерение удельной теплоты сгорания.
Где можно найти значения q
Информацию о величинах удельной теплоты сгорания для конкретных видов топлива можно найти в технических справочниках или в их электронных версиях на интернет-ресурсах. Обычно они приводятся в виде такой таблицы:
Удельная теплота сгорания, q
Ресурсы разведанных, современных видов топлива ограничены. Поэтому в будущем на смену им придут другие источники энергии:
- атомные, использующие энергию ядерных реакций;
- солнечные, преобразовывающие энергию солнечных лучей в тепло и электричество;
- ветряные;
- геотермальные, использующие тепло природных горячих источников.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали почему выделяется много тепла при горении топлива. Для вычисления количества тепла, выделяемого при сгорании некоторой массы m топлива, необходимо знать величину q — удельную теплоту сгорания этого топлива. Значения q определены экспериментально методами калориметрии и приведены в справочниках.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.2 . Всего получено оценок: 65.
Когда определенное количество топлива сгорает, выделяется измеримое количество теплоты. Согласно Международной системе единиц величина выражается в Джоулях на кг или м 3 . Но параметры могут быть рассчитаны и в кКал или кВт. Если значение соотносится с единицей измерения топлива, оно называется удельным.
На что влияет теплотворность различного топлива? Каково значение показателя для жидких, твердых и газообразных веществ? Ответы на обозначенные вопросы подробно изложены в статье. Кроме того, мы подготовили таблицу с отображением удельной теплоты сгорания материалов – эта информация пригодится при выборе высокоэнергетического типа топлива.
Выделение энергии при горении должно характеризоваться двумя параметрами: высоким КПД и отсутствием выработки вредных веществ.
Искусственное топливо получается в процессе переработки естественного – . Вне зависимости от агрегатного состояния вещества в своем химическом составе имеют горючую и негорючую часть. Первая - это углерод и водород. Вторая состоит из воды, минеральных солей, азота, кислорода, металлов.
По агрегатному состоянию топливо делится на жидкое, твердое и газ. Каждая группа дополнительно разветвляется на естественную и искусственную подгруппу (+)
При сгорании 1 кг такой «смеси» выделяется разное количество энергии. Сколько именно этой энергии выделится, зависит от пропорций указанных элементов - горючей части, влажности, зольности и других компонентов.
Теплота сгорания топлива (ТСТ) формируется из двух уровней - высшего и низшего. Первый показатель получается из-за конденсации воды, во втором этот фактор не учитывается.
Низшая ТСТ нужна для расчетов потребности в горючем и его стоимости, с помощью таких показателей составляются тепловые балансы и определяется КПД работающих на топливе установок.
Вычислить ТСТ можно аналитически или экспериментально. Если химический состав горючего известен, применяется формула Менделеева. Экспериментальные методики основаны на фактическом измерении теплоты при сгорании топлива.
В этих случаях применяют специальную бомбу для сжигания – калориметрическую вместе с калориметром и термостатом.
Особенности расчетов индивидуальны для каждого вида топлива. Пример: ТСТ в двигателях внутреннего сгорания рассчитывается от низшего значения, потому что в цилиндрах жидкость не конденсируется.
Параметры жидких веществ
Жидкие материалы, как и твердые, раскладываются на следующие составляющие: углерод, водород, серу, кислород, азот. Процентное соотношение выражается по массе.
Из кислорода и азота образуется внутренний органический балласт топлива, эти компоненты не горят и включены в состав условно. Внешний балласт формируется из влаги и золы.
Высокая удельная теплота сгорания наблюдается у бензина. В зависимости от марки она составляет 43-44 МДж.
Похожие показатели удельной теплоты сгорания определяются и у авиационного керосина – 42,9 МДж. В категорию лидеров по значению теплотворной способности попадает и дизельное топливо – 43,4-43,6 МДж.
Относительно низкими значениями ТСТ характеризуются жидкое ракетное горючее, этиленгликоль. Минимальной удельной теплотой сгорания отличаются спирт и ацетон. Их показатели существенно ниже, чем у традиционного моторного топлива.
Свойства газообразного топлива
Газообразное топливо складывается из оксида углерода, водорода, метана, этана, пропана, бутана, этилена, бензола, сероводорода и других компонентов. Эти показатели выражаются в процентах по объему.
Наибольшей теплотой сгорания отличается водород. Сгорая, килограмм вещества выделяет 119,83 МДж тепла. Но оно отличается повышенной степенью взрывоопасности
Высокие показатели теплотворной способности наблюдаются и у природного газа.
Они равны 41-49 МДж на кг. Но, например, у чистого метана теплота сгорания больше - 50 МДж на кг.
Сравнительная таблица показателей
В таблице представлены значения массовой удельной теплоты сгорания жидких, твердых, газообразных разновидностей топлива.
| Вид топлива | Ед. изм. | Удельная теплота сгорания | ||
| МДж | кВт | кКал | ||
| Дрова: дуб, береза, ясень, бук, граб | кг | 15 | 4,2 | 2500 |
| Дрова: лиственница, сосна, ель | кг | 15,5 | 4,3 | 2500 |
| Уголь бурый | кг | 12,98 | 3,6 | 3100 |
| Уголь каменный | кг | 27,00 | 7,5 | 6450 |
| Уголь древесный | кг | 27,26 | 7,5 | 6510 |
| Антрацит | кг | 28,05 | 7,8 | 6700 |
| Пеллета древесная | кг | 17,17 | 4,7 | 4110 |
| Пеллета соломенная | кг | 14,51 | 4,0 | 3465 |
| Пеллета из подсолнуха | кг | 18,09 | 5,0 | 4320 |
| Опилки | кг | 8,37 | 2,3 | 2000 |
| Бумага | кг | 16,62 | 4,6 | 3970 |
| Виноградная лоза | кг | 14,00 | 3,9 | 3345 |
| Природный газ | м 3 | 33,5 | 9,3 | 8000 |
| Сжиженный газ | кг | 45,20 | 12,5 | 10800 |
| Бензин | кг | 44,00 | 12,2 | 10500 |
| Диз. топливо | кг | 43,12 | 11,9 | 10300 |
| Метан | м 3 | 50,03 | 13,8 | 11950 |
| Водород | м 3 | 120 | 33,2 | 28700 |
| Керосин | кг | 43.50 | 12 | 10400 |
| Мазут | кг | 40,61 | 11,2 | 9700 |
| Нефть | кг | 44,00 | 12,2 | 10500 |
| Пропан | м 3 | 45,57 | 12,6 | 10885 |
| Этилен | м 3 | 48,02 | 13,3 | 11470 |
Из таблицы видно, что наибольшие показатели ТСТ из всех веществ, а не только из газообразных, имеет водород. Он относится к высокоэнергетическим видам топлива.
Продукт сгорания водорода - обычная вода. В процессе не выделяется топочные шлаки, зола, угарный и углекислый газ, что делает вещество экологически чистым горючим. Но оно взрывоопасно и отличается низкой плотностью, поэтому такое топливо сложно сжижается и транспортируется.
Выводы и полезное видео по теме
О теплотворности разных пород дерева. Сравнение показателей в расчете на м 3 и кг.
ТСТ - важнейшая тепловая и эксплуатационная характеристика горючего. Этот показатель используется в различных сферах человеческой деятельности: тепловых двигателях, электростанциях, промышленности, при обогреве жилья и приготовлении пищи.
Значения теплотворности помогают сравнить различные виды топлива по степени выделяемой энергии, рассчитать необходимую массу горючего, сэкономить на расходах.
Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме теплотворности разных видов топлива? Можете оставлять комментарии к публикации и участвовать в обсуждениях – форма для связи находится в нижнем блоке.
В данном уроке мы научимся рассчитывать количество теплоты, которое выделяет топливо при сгорании. Кроме того, рассмотрим характеристику топлива - удельную теплоту сгорания.
Поскольку вся наша жизнь основана на движении, а движение в большинстве своем основано на сгорании топлива, то изучение данной темы весьма важно для понимания темы «Тепловые явления».
После изучения вопросов, связанных с количеством теплоты и удельной теплоемкостью, перейдем к рассмотрению количества теплоты, выделяемого при сжигании топлива .
Определение
Топливо - вещество, которое в некоторых процессах (горение, ядерные реакции) выделяет тепло. Является источником энергии.
Топливо бывает твердым, жидким и газообразным (рис. 1).
Рис. 1. Виды топлива
- К твердым видам топлива относят уголь и торф .
- К жидким видам топлива относят нефть, бензин и другие нефтепродукты .
- К газообразным видам топлива относят природный газ .
- Отдельно можно выделить очень распространенное в последнее время ядерное топливо .
Сгорание топлива - это химический процесс, который является окислительным. При сгорании атомы углерода соединяются с атомами кислорода , образуя молекулы. В результате этого выделяется энергия, которую и использует человек в своих целях (рис. 2).
Рис. 2. Образование углекислого газа
Для характеристики топлива используется такая характеристика, как теплотворность . Теплотворность показывает, какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива (рис. 3). В физике теплотворности соответствует понятие удельной теплоты сгорания вещества .
Рис. 3. Удельная теплота сгорания
Определение
Удельная теплота сгорания - физическая величина, характеризующая топливо, численно равна количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива.
Удельную теплоту сгорания принято обозначать буквой . Единицы измерения:
В единицах измерения отсутствует , так как сгорание топлива происходит практически при неизменной температуре.
Удельная теплота сгорания определяется опытным путем с помощью сложных приборов. Однако для решения задач существуют специальные таблицы. Ниже приведем значения удельной теплоты сгорания для некоторых видов топлива.
|
Вещество |
|
Таблица 4. Удельная теплота сгорания некоторых веществ
Из приведенных величин видно, что при сгорании выделяется огромное количество теплоты, поэтому используются единицы измерения (мегаджоули) и (гигаджоули).
Для вычисления количества теплоты, которое выделяется при сгорании топлива, используется следующая формула:
Здесь: - масса топлива (кг), - удельная теплота сгорания топлива ().
В заключении заметим, что большая часть топлива, которое используется человечеством, запасена с помощью солнечной энергии. Уголь, нефть, газ - все это образовалось на Земле благодаря воздействию Солнца (рис. 4).
Рис. 4. Образование топлива
На следующем уроке мы поговорим о законе сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.
Список литературы
- Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
- Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.
- Интернет-портал «festival.1september.ru» ()
- Интернет-портал «school.xvatit.com» ()
- Интернет-портал «stringer46.narod.ru» ()
Домашнее задание
Разработки уроков (конспекты уроков)
Линия УМК А. В. Перышкина. Физика (7-9)
Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.
«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 м 3 , 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:
- Чему равна удельная теплота сгорания бензина? (44 МДж/кг)
- Что это означает? (Это значит, что при полном сгорании бензина массой 1 кг выделяется 44 МДж энергии).
- У какого вещества наименьшая удельная теплота сгорания? (дрова).
- Какое топливо при сгорании дает больше всего количества теплоты? (водород, т.к. его удельная теплота сгорания больше остальных).
- Сколько выделяется количества теплоты при сгорании 2 кг спирта? Как вы это определили?
- 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").
|
Удельная теплота сгорания топлива q, МДж/кг |
|
|
Хлеб пшеничный |
|
|
Хлеб ржаной |
|
|
Картофель |
|
|
Говядина |
|
|
Мясо курицы |
|
|
Масло сливочное |
|
|
Творог жирный |
|
|
Масло подсолнечное |
|
|
Виноград |
|
|
Рулет шоколадный |
|
|
Мороженое сливочное |
|
|
Кириешки |
|
|
Чай сладкий |
|
|
“Кока кола” |
|
|
Смородина черная |
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 |
|
|
Подготовка к урокам |
|
|
Чтение про себя |
|
|
Сидение (в покое) |
|
|
Физическая зарядка |
- 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)
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
- Параграф 10
- 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)