القيمة الحرارية لأنواع الوقود المختلفة. تحليل مقارن

في هذا الدرس ، سوف نتعلم كيفية حساب كمية الحرارة التي يطلقها الوقود أثناء الاحتراق. بالإضافة إلى ذلك ، ضع في اعتبارك خصائص الوقود - الحرارة المحددة للاحتراق.

نظرًا لأن حياتنا كلها تعتمد على الحركة ، والحركة تعتمد في الغالب على احتراق الوقود ، فإن دراسة هذا الموضوع مهمة جدًا لفهم الموضوع " الظواهر الحرارية».

بعد دراسة القضايا المتعلقة بكمية الحرارة و حرارة نوعية، دعنا نفكر كمية الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود.

تعريف

الوقود- مادة تطلق الحرارة في بعض العمليات (الاحتراق ، التفاعلات النووية). هو مصدر للطاقة.

يحدث الوقود صلبة وسائلة وغازية(رسم بياني 1).

أرز. 1. أنواع الوقود

• الوقود الصلب الفحم والجفت.
• الوقود السائل النفط والبنزين والمنتجات البترولية الأخرى.
• تشمل أنواع الوقود الغازي غاز طبيعي.
• بشكل منفصل ، يمكن للمرء أن يفرد شيئًا شائعًا جدًا مؤخرًا وقود نووي.

احتراق الوقود عملية كيميائية مؤكسدة. أثناء الاحتراق ، تتحد ذرات الكربون مع ذرات الأكسجين لتكوين الجزيئات. نتيجة لذلك ، يتم إطلاق الطاقة التي يستخدمها الشخص لأغراضه الخاصة (الشكل 2).

أرز. 2. تكوين ثاني أكسيد الكربون

لتوصيف الوقود ، يتم استخدام هذه الخاصية على أنها القيمة الحرارية. توضح القيمة الحرارية مقدار الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود (الشكل 3). في الفيزياء الحرارية ، يتوافق المفهوم الحرارة النوعية لاحتراق مادة ما.

أرز. 3. حرارة نوعيةالإحتراق

تعريف

الحرارة النوعية للاحتراق - الكمية المادية، الذي يميز الوقود ، يساوي عدديًا كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل للوقود.

عادة ما يتم الإشارة إلى الحرارة النوعية للاحتراق بالحرف. الوحدات:

في وحدات القياس ، لا يوجد ، لأن احتراق الوقود يحدث عند درجة حرارة ثابتة تقريبًا.

يتم تحديد الحرارة النوعية للاحتراق تجريبياً باستخدام أدوات متطورة. ومع ذلك ، هناك جداول خاصة لحل المشكلات. نقدم أدناه قيم الحرارة المحددة للاحتراق لبعض أنواع الوقود.

مستوى

الجدول 4. الحرارة النوعية لاحتراق بعض المواد

من القيم المعطاة يمكن ملاحظة أنه أثناء الاحتراق يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة ، لذلك يتم استخدام وحدات القياس (ميغا جول) و (غيغا جول).

لحساب كمية الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود ، يتم استخدام الصيغة التالية:

هنا: - كتلة الوقود (كجم) ، - الحرارة النوعية لاحتراق الوقود ().

في الختام ، نلاحظ أن معظم الوقود الذي تستخدمه البشرية يتم تخزينه بمساعدة الطاقة الشمسية. الفحم والنفط والغاز - كل هذا تم تشكيله على الأرض بسبب تأثير الشمس (الشكل 4).

أرز. 4. تشكيل الوقود

في الدرس التالي سنتحدث عن قانون حفظ الطاقة وتحويلها في العمليات الميكانيكية والحرارية.

قائمةالمؤلفات

1. جيندنشتاين إل إي ، كايدالوف أ.ب. ، كوزيفنيكوف ف.ب. / إد. Orlova V.A.، Roizena I.I. الفيزياء 8. - م: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. الفيزياء 8. - م: بوستارد ، 2010.
3. فاديفا أ.أ ، زاسوف أ.ف. ، كيسيليف د. الفيزياء 8. - م: التنوير.

1. بوابة الإنترنت "Festival.1september.ru" ()
2. بوابة الإنترنت "school.xvatit.com" ()
3. بوابة الإنترنت "stringer46.narod.ru" ()

الواجب المنزلي

تطوير الدرس (ملاحظات الدرس)

خط UMK A. V. Peryshkin. الفيزياء (7-9)

انتباه! موقع إدارة الموقع غير مسؤول عن المحتوى التطورات المنهجية، وكذلك للامتثال لتطوير المعيار التعليمي للولاية الفيدرالية.

"لتدفئة الآخرين ، يجب أن تحترق الشمعة"

م. فاراداي.

استهداف:لدراسة قضايا استخدام الطاقة الداخلية للوقود ، إطلاق الحرارة أثناء احتراق الوقود.

أهداف الدرس:

التعليمية:

• كرر ودمج المعرفة حول المواد التي تمت تغطيتها ؛
• تقديم مفهوم طاقة الوقود ، الحرارة النوعية لاحتراق الوقود ؛
• مواصلة تطوير المهارات في حل المشكلات الحسابية.

تطوير:

• تطوير التفكير التحليلي.
• تطوير القدرة على العمل مع الجداول واستخلاص النتائج ؛
• تطوير قدرة الطلاب على طرح الفرضيات ومناقشتها والتعبير عن أفكارهم بكفاءة ؛
• تطوير الملاحظة والانتباه.

التعليمية:

• ارفع موقف دقيقلاستخدام موارد الوقود.
• لزراعة الاهتمام بالموضوع من خلال إظهار ارتباط المادة المدروسة بالحياة الواقعية ؛
• تطوير مهارات الاتصال.

نتائج الموضوع:

يجب أن يعرف المتعلمون:

• الحرارة النوعية لاحتراق الوقود هي كمية مادية توضح مقدار الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل للوقود الذي يزن 1 كجم ؛
• عندما يتم حرق الوقود ، يتم إطلاق طاقة كبيرة ، والتي يتم استخدامها في الحياة اليومية ، والصناعة ، والزراعة ، ومحطات الطاقة ، والنقل البري ؛
• وحدة قياس للحرارة النوعية لاحتراق الوقود.

يجب أن يكون المتعلمون قادرين على:

• شرح عملية إطلاق الطاقة أثناء احتراق الوقود ؛
• استخدام جدول الحرارة المحددة لاحتراق الوقود ؛
• قارن الحرارة النوعية لاحتراق الوقود مواد مختلفةوالطاقة المنبعثة أثناء الاحتراق أنواع مختلفةالوقود.

يجب على الطلاب التقديم:

• صيغة لحساب الطاقة المنبعثة أثناء احتراق الوقود.

نوع الدرس:درس تعلم مواد جديدة.

معدات: شمعة ، طبق ، كأس ، ورقة نبات ، وقود جاف ، 2 مصباح روحاني ، بنزين ، كحول ، 2 أنابيب اختبار بالماء.

خلال الفصول

1. تنظيم لحظة.

تحية الطلاب ، والتحقق من الاستعداد للدرس.

من المعروف أن العالم العظيم إم في لومونوسوف قد عمل على أطروحة "تأملات في سبب الحرارة والبرودة" في عام 1744. تلعب الظواهر الحرارية دورًا كبيرًا في العالم من حولنا ، في حياة الإنسان والنباتات والحيوانات وكذلك في التكنولوجيا.

دعونا نتحقق من مدى إتقانك لهذه المعرفة.

2. الدافع لأنشطة التعلم.

هل لديك أي أسئلة حول واجب منزلي؟ دعنا نتحقق من كيفية التعامل معها:

• طالبان يقدمان حل مشاكل المنزل على السبورة.

1) تحديد الرطوبة المطلقة للهواء في مخزن بحجم 10 م 3 إذا كان يحتوي على بخار ماء وزنه 0.12 كجم.

2) ضغط بخار الماء في الهواء 0.96 كيلو باسكال ، والرطوبة النسبية للهواء 60٪. ما هو ضغط بخار الماء المشبع عند نفس درجة الحرارة؟

• طالب واحد (ديما) يملأ الرسم التخطيطي على السبورة ؛

المهمة: وقع بجانب كل سهم اسم العمليات وصيغة حساب كمية الحرارة في كل منها

• في غضون ذلك ، يعمل الرجال على السبورة ، وسنكمل مهمة أخرى.

انظر إلى النص المعروض على الشريحة وابحث عن الأخطاء المادية فيه التي ارتكبها المؤلف (اقترح الإجابة الصحيحة):

1) في يوم مشمس مشرق ، ذهب الرجال للتخييم. حتى لا يكون الجو حارًا جدًا ، ارتدى الرجال ملابسهم بدلات غامقة. بحلول المساء أصبح طازجًا ، ولكن بعد السباحة أصبح أكثر دفئا.سكب الرجال على أنفسهم الشاي الساخن في أكواب حديدية وشربوه بسرور ، دون أن تحترق. كان باردا جدا!!!

الجواب: الظلام يمتص الحرارة أكثر ؛ أثناء التبخر ، تنخفض درجة حرارة الجسم. الموصلية الحرارية للمعادن أكبر ، لذلك ترتفع درجة حرارتها أكثر.

2) استيقظ فاسيا في وقت أبكر من المعتاد ، تذكر على الفور أنه في الساعة الثامنة صباحًا كان قد وافق مع توليا على الذهاب إلى النهر لمشاهدة انجراف الجليد. ركض فاسيا إلى الشارع ، وكانت توليا هناك بالفعل. "ها هو الطقس اليوم! - بدلا من التحية قال بإعجاب. "يا لها من شمس ، ودرجة الحرارة في الصباح هي -2 درجة مئوية." "لا ، -4" ، اعترض فاسيا. تجادل الأولاد ، ثم أدركوا ما هو الأمر. "لدي مقياس حرارة في الهواء ، وأنت في مكان منعزل ، لذا لك ويظهر المزيد"، خمنت توليا. وركض الأولاد الرش من خلال البرك.

الجواب: في وجود الرياح ، يحدث التبخر بشكل أكثر كثافة ، لذلك يجب أن يُظهر مقياس الحرارة الأول درجة حرارة أقل ؛ عند درجات حرارة أقل من 00 درجة مئوية ، يتجمد الماء.

أحسنت ، تم العثور على جميع الأخطاء بشكل صحيح.

دعنا نتحقق من صحة حل المشكلات (يعلق الطلاب الذين حلوا المشكلات على حلهم).

والآن دعونا نتحقق من كيفية تعامل ديما مع مهمته.

هل سميت ديما جميع انتقالات الطور بشكل صحيح؟ ماذا يحدث عندما توضع عصا خشبية في اللهب؟ (سوف تحترق)

لقد لاحظت بشكل صحيح أن عملية الاحتراق تحدث.

ربما تكون قد خمنت بالفعل ما سنتحدث عنه اليوم (طرح فرضيات).

ما هي الأسئلة التي تعتقد أننا سنتمكن من الإجابة عليها في نهاية الدرس؟

• فهم المعنى المادي لعملية الاحتراق ؛
• اكتشف ما الذي يحدد كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق ؛
• اكتشف تطبيق هذه العملية في الحياة ، في الحياة اليومية ، إلخ.

3. مادة جديدة.

كل يوم يمكننا مشاهدة كيف يحترق الغاز الطبيعي في الموقد. هذه هي عملية الاحتراق.

رقم الخبرة 1.الشمعة مثبتة في الجزء السفلي من اللوح بالبلاستيك. أشعل شمعة ، ثم أغلقها ببرطمان. بعد لحظات قليلة ، سوف تنطفئ شعلة الشمعة.

يتم إنشاء موقف إشكالي ، وفي حله يستنتج الطلاب: تحترق الشمعة في وجود الأكسجين.

أسئلة للفصل:

ما الذي يدخل في عملية الاحتراق؟

لماذا تنطفئ الشمعة؟ ما هي الظروف التي يتم فيها الاحتراق؟

ما هي الطاقة المنبعثة؟

للقيام بذلك ، تذكر بنية المادة.

مما تتكون المادة؟ (من الجزيئات والجزيئات من الذرات)

ما أنواع الطاقة التي يمتلكها الجزيء؟ (الحركية والمحتملة)

هل يمكن تقسيم الجزيء إلى ذرات؟ (نعم)

لتقسيم الجزيئات إلى ذرات ، من الضروري التغلب على قوى جذب الذرات ، مما يعني أن العمل يجب أن يتم ، أي أنه يجب إنفاق الطاقة.

عندما تتحد الذرات لتكوين جزيء ، على العكس من ذلك ، يتم إطلاق الطاقة. يحدث هذا المزيج من الذرات في الجزيئات أثناء احتراق الوقود. الوقود التقليدي يحتوي على الكربون. لقد حددت بشكل صحيح أن الاحتراق مستحيل دون الوصول إلى الهواء. أثناء الاحتراق ، تتحد ذرات الكربون مع ذرات الأكسجين في الهواء ، وتشكل جزيء ثاني أكسيد الكربون وتطلق الطاقة على شكل حرارة.

والآن دعونا نجري تجربة ونرى الاحتراق المتزامن لعدة أنواع من الوقود: البنزين والوقود الجاف والكحول والبارافين (التجربة رقم 2).

ما هو الشائع وكيف يختلف احتراق كل نوع من أنواع الوقود؟

نعم ، عندما يتم حرق أي مادة ، يتم تكوين منتجات احتراق أخرى. على سبيل المثال ، عند حرق الخشب ، يتم إطلاق بقايا الرماد وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والغازات الأخرى. .

لكن الغرض الرئيسي من الوقود هو إعطاء الحرارة!

لنلقِ نظرة على تجربة أخرى.

تجربة رقم 3:(على مصباحين روحانيين متطابقين: أحدهما مملوء بالبنزين ، والآخر بالكحول ، يتم تسخين نفس الكمية من الماء).

أسئلة الخبرة:

ما هي الطاقة المستخدمة لتسخين الماء؟

وكيف نحدد كمية الحرارة التي تدخل في تسخين الماء؟

في أي حالة كان الماء يغلي أسرع؟

ما النتيجة التي يمكن استخلاصها من التجربة؟

أي وقود ، كحول أم بنزين ، ينبعث المزيد من الحرارة أثناء الاحتراق الكامل؟ (البنزين أكثر حرارة من الكحول).

المعلم: الكمية المادية التي توضح مقدار الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل لوقود وزنه 1 كجم تسمى الحرارة النوعية لاحتراق الوقود ، ويُشار إليها بالحرف q. وحدة القياس J / كجم.

يتم تحديد الحرارة النوعية للاحتراق بشكل تجريبي باستخدام أدوات معقدة نوعًا ما.

تظهر نتائج البيانات التجريبية في جدول الكتاب المدرسي (ص 128).

لنعمل مع هذا الجدول.

أسئلة الجدول:

1. ما هي الحرارة النوعية لاحتراق البنزين؟ (44 ميجا جول / كجم)
2. ماذا يعني هذا؟ (هذا يعني أن الاحتراق الكامل للبنزين الذي يزن 1 كجم يطلق 44 ميجا جول من الطاقة).
3. ما هي المادة التي تحتوي على أقل حرارة احتراق محددة؟ (حطب).
4. ما هو الوقود الذي ينتج أكبر قدر من الحرارة عند الاحتراق؟ (الهيدروجين ، لأن حرارة الاحتراق الخاصة به أكبر من غيرها).
5. ما مقدار الحرارة المنبعثة أثناء احتراق 2 كجم من الكحول؟ كيف عرفته؟
6. ما الذي تحتاج إلى معرفته لحساب كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق؟

وخلصوا إلى أنه من أجل إيجاد كمية الحرارة ، من الضروري معرفة ليس فقط الحرارة النوعية لاحتراق الوقود ، ولكن أيضًا كتلته.

هذا يعني أن الكمية الإجمالية للحرارة Q (J) المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل للوقود م (كجم) يتم حسابها بواسطة الصيغة: س = ف · م

دعنا نكتب في دفتر ملاحظات.

وكيف تجد كتلة الوقود القابل للاحتراق من هذه الصيغة؟

عبر عن الحرارة النوعية للاحتراق من الصيغة. (يمكنك استدعاء الطالب إلى السبورة لكتابة الصيغ)

دقيقة التربية البدنية

نحن متعبون. دعونا نفك قليلا. افرد ظهرك. افرد كتفيك. سأقوم بتسمية الوقود ، وإذا كنت تعتقد أنه صلب ، فاخفض رأسك لأسفل ، وإذا كان سائلاً ، ارفع يديك ، وإذا كان غازيًا ، اسحب يديك للأمام.

الفحم صعب.

الغاز الطبيعي غازي.

الزيت سائل.

الخشب صلب.

البنزين سائل.

الخث صعب.

أنثراسايت صعب.

الكيروسين سائل.

غاز فرن الكوك غازي.

أحسنت! الأكثر انتباهاً ورياضيًا لدينا ... اجلس.

معلم:رفاق! لنفكر في السؤال: "عملية الاحتراق صديقة أم عدو للإنسان؟"

الخبرة رقم 4.دعنا نكرر التجربة مع شمعة مشتعلة ، لكننا الآن نضع ورقة نبات بجانب الشموع.

انظر ماذا حدث للمصنع المجاور لشعلة الشمعة؟

الذي - التي. عند استخدام الوقود ، لا ينبغي لأحد أن ينسى ضرر منتجات الاحتراق للكائنات الحية.

4. تحديد.

يا رفاق ، أخبروني من فضلك ، ما هو الوقود بالنسبة لنا؟ يلعب الطعام دور الوقود في جسم الإنسان. تحتوي الأنواع المختلفة من الطعام ، مثل الأنواع المختلفة من الوقود ، على كمية مختلفة من الطاقة. (اعرض الجدول الموجود على الكمبيوتر "القيمة الحرارية المحددة للمنتجات الغذائية").

	القيمة الحرارية النوعية للوقود q، MJ / kg
خبز حنطة
خبز الجاودار
البطاطس
لحم بقري
لحم دجاج
سمنة
الجبن الدسم
زيت عباد الشمس
عنب
رول شوكولاتة
آيس كريم كريمي
كيريشكي
شاي حلو
"كوكا كولا"
شجرة عنب الثعلب

أقترح أن تتحد في مجموعات (1 و 2 و 3 و 4 مكاتب) وأن تكمل المهام التالية (حسب النشرة). لديك 5 دقائق لإكمالها ، وبعد ذلك سنناقش النتائج.

مهام المجموعات:

• المجموعة 1: عند التحضير للدروس لمدة ساعتين ، فإنك تنفق 800 كيلو جول من الطاقة. هل ستستعيد احتياطي الطاقة لديك إذا تناولت علبة بها 28 جرامًا من رقائق البطاطس وشربت كوبًا من الكوكا كولا (200 جرام)؟
• المجموعة الثانية: كم يبلغ الارتفاع الذي يمكن أن يرتفعه شخص يزن 70 كجم إذا أكل شطيرة بالزبدة (100 جم خبز حنطةو 50 جرام زبدة).
• المجموعة 3: هل يكفي أن تستهلك 100 جرام من الجبن ، 50 جرام من خبز القمح ، 50 جرام من اللحم البقري و 100 جرام من البطاطس ، 200 جرام من الشاي الحلو (كوب واحد) خلال اليوم. المبلغ المطلوبالطاقة لطالب الصف الثامن هي 1.2 ميجا جول.
• المجموعة 4: ما السرعة التي يجب أن يجري بها رياضي يزن 60 كجم إذا أكل شطيرة بالزبدة (100 جرام من خبز القمح و 50 جرام من الزبدة).
• المجموعة الخامسة: ما هي كمية الشوكولاتة التي يمكن أن يأكلها مراهق يزن 55 كجم لتجديد الطاقة التي بذلها أثناء قراءة كتاب أثناء الجلوس؟ (في ساعة واحدة)

استهلاك الطاقة التقريبي للمراهق الذي يزن 55 كجم في ساعة واحدة لمختلف الأنشطة

غسل الصحون
التحضير للدروس
القراءة لنفسك
الجلوس (في الراحة)
تمرين جسدي

• المجموعة 6: هل يستعيد الرياضي الذي يزن 70 كجم الطاقة بعد السباحة لمدة 20 دقيقة إذا أكل 50 جرامًا من خبز الجاودار و 100 جرام من اللحم البقري؟

استهلاك الطاقة التقريبي للشخص في ساعة واحدة لأنواع مختلفة من الأنشطة (لكل 1 كجم من الكتلة)

تقدم المجموعات حل المشكلة على قطعة من الورق ، ثم تذهب إلى السبورة بدورها وتشرحها.

5. انعكاس. ملخص الدرس.

دعونا نتذكر ما هي المهام التي وضعناها لأنفسنا في بداية الدرس؟ هل حققنا كل شيء؟

يتحدث الرجال في دائرة في جملة واحدة ، ويختارون بداية العبارة من الشاشة العاكسة على السبورة:

• اليوم اكتشفت ...
• كان مثيرا للاهتمام…
• كان من الصعب…
• لقد قمت بمهام ...
• أدركت أن...
• الآن أستطيع…
• شعرت بذلك...
• اشتريت...
• لقد تعلمت…
• تمكنت …
• كنت قادرا...
• سأحاول…
• فاجأني ...
• أعطاني درسا مدى الحياة ...
• أنا أردت…

1. ما الجديد الذي تعلمته في الدرس؟

2. هل ستكون هذه المعرفة مفيدة في الحياة؟

تقدير الدرس للطلاب الأكثر نشاطًا.

6. د

1. الفقرة 10
2. المهمة (1 للاختيار من بينها):

• المستوى 1: ما مقدار الحرارة التي ينتجها 10 كجم من الفحم عند الاحتراق؟
• المستوى 2: الاحتراق الكامل للزيت يصدر 132 كيلو جول من الطاقة. ما كتلة الزيت المحروقة؟
• المستوى 3: مقدار الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل لـ 0.5 لتر من الكحول (كثافة الكحول 800 كجم / م 3)

جدول المقارنة: أنواع الوقود (مزايا وعيوب)

لقد تعلمت البشرية ، في سياق تطورها ، أن تستقبل طاقة حراريةبالحرق أنواع مختلفةالوقود. أبسط مثال على ذلك هو حريق مصنوع من الخشب أضرم فيه الناس البدائيون، ومنذ ذلك الحين ، الخث والفحم والبنزين والنفط والغاز الطبيعي - كل هذه أنواع من الوقود ، يحرقها الشخص الذي يتلقى طاقة حرارية. إذن ما هي الحرارة النوعية للاحتراق؟

من أين تأتي الحرارة أثناء الاحتراق؟

إن عملية احتراق الوقود بحد ذاتها هي تفاعل كيميائي مؤكسد. تحتوي معظم أنواع الوقود على كميات كبيرة من الكربون C ، والهيدروجين H ، والكبريت S ومواد أخرى. أثناء الاحتراق ، تتحد ذرات C و H و S مع ذرات الأكسجين O 2 ، مما ينتج عنه جزيئات CO و CO 2 و H 2 O و SO 2. في هذه الحالة ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية ، والتي تعلم الناس استخدامها لأغراضهم الخاصة.

أرز. 1. أنواع الوقود: الفحم ، والجفت ، والنفط ، والغاز.

المساهمة الرئيسية في إطلاق الحرارة هي الكربون C. ثاني أكبر مساهمة هي الهيدروجين H.

أرز. 2. ذرات الكربون تتفاعل مع ذرات الأكسجين.

ما هي الحرارة النوعية للاحتراق؟

الحرارة النوعية للاحتراق هي كمية فيزيائية تساوي كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل لـ 1 كجم من الوقود.

تبدو صيغة حرارة الاحتراق كما يلي:

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

Q هي كمية الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود ، J ؛

م هي كتلة الوقود ، كجم.

وحدة q في النظام الدولي للوحدات SI هي J / kg.

$$ [q] = (J \ أكثر من كجم) $$

للإشارة إلى قيم كبيرة لـ q ، غالبًا ما يتم استخدام وحدات الطاقة خارج النظام: كيلو جول (kJ) ، ميجاجول (MJ) و gigajoules (GJ).

يتم تحديد قيم q للمواد المختلفة بشكل تجريبي.

بمعرفة q ، يمكننا حساب كمية الحرارة Q ، والتي ستنتج من احتراق الوقود للكتلة m:

كيف يتم قياس الحرارة النوعية للاحتراق؟

لقياس q ، يتم استخدام أجهزة تسمى المسعرات (كالور - الحرارة ، المتريو - القياس).

يتم حرق حاوية بها جزء من الوقود داخل الجهاز. يتم وضع الحاوية في الماء بكتلة معروفة. نتيجة للاحتراق ، تسخن الحرارة المنبعثة الماء. تسمح لنا قيمة كتلة الماء والتغير في درجة حرارته بحساب حرارة الاحتراق. بعد ذلك ، يتم تحديد q بالصيغة أعلاه.

أرز. 3. قياس الحرارة النوعية للاحتراق.

أين تجد قيم q

يمكن العثور على معلومات حول قيم الحرارة المحددة للاحتراق لأنواع معينة من الوقود في الكتب المرجعية الفنية أو في نسخها الإلكترونية على موارد الإنترنت. يتم تقديمها عادة في شكل جدول مثل هذا:

الحرارة النوعية للاحتراق ، q

استكشاف الموارد ، الأنواع الحديثةالوقود محدود. لذلك ، سيتم استبدالهم في المستقبل بمصادر طاقة أخرى:

• الذرية ، باستخدام طاقة التفاعلات النووية ؛
• الطاقة الشمسية ، وتحويل طاقة ضوء الشمس إلى حرارة وكهرباء ؛
• ريح؛
• الحرارة الجوفية ، باستخدام حرارة الينابيع الساخنة الطبيعية.

ماذا تعلمنا؟

لذلك ، تعلمنا سبب إطلاق الكثير من الحرارة أثناء احتراق الوقود. لحساب كمية الحرارة المنبعثة أثناء احتراق كتلة معينة م من الوقود ، من الضروري معرفة القيمة q - الحرارة النوعية لاحتراق هذا الوقود. تم تحديد قيم q بشكل تجريبي بواسطة طرق قياس المسعر وتم تقديمها في الكتب المرجعية.

اختبار الموضوع

تقييم التقرير

متوسط ​​تقييم: 4.2 مجموع التصنيفات المستلمة: 65.

عندما يتم حرق كمية معينة من الوقود ، يتم إطلاق كمية قابلة للقياس من الحرارة. وفقًا للنظام الدولي للوحدات ، يتم التعبير عن القيمة بالجول لكل كجم أو م 3. ولكن يمكن أيضًا حساب المعلمات بالكيلو كالوري أو بالكيلوواط. إذا كانت القيمة مرتبطة بوحدة قياس الوقود ، فإنها تسمى محددة.

ما هي القيمة الحرارية لأنواع الوقود المختلفة؟ ما هي قيمة المؤشر للمواد السائلة والصلبة والغازية؟ تم تفصيل الإجابات على هذه الأسئلة في المقالة. بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بإعداد جدول يوضح الحرارة المحددة لاحتراق المواد - ستكون هذه المعلومات مفيدة عند اختيار نوع وقود عالي الطاقة.

يجب أن يتميز إطلاق الطاقة أثناء الاحتراق بمعلمتين: الكفاءة العالية وغياب إنتاج المواد الضارة.

يتم الحصول على الوقود الاصطناعي في عملية المعالجة الطبيعية -. بغض النظر عن حالة التجميع ، تحتوي المواد في تركيبها الكيميائي على جزء قابل للاحتراق وغير قابل للاحتراق. الأول هو الكربون والهيدروجين. والثاني يتكون من الماء والأملاح المعدنية والنيتروجين والأكسجين والمعادن.

وفقًا لحالة التجميع ، يتم تقسيم الوقود إلى سائل ، صلب وغاز. تتفرع كل مجموعة إلى مجموعة فرعية طبيعية واصطناعية (+)

عند حرق 1 كجم من هذا "الخليط" ، يتم إطلاق كمية مختلفة من الطاقة. يعتمد مقدار هذه الطاقة التي سيتم إطلاقها على نسب هذه العناصر - الجزء القابل للاحتراق والرطوبة ومحتوى الرماد والمكونات الأخرى.

تتكون حرارة احتراق الوقود (HCT) من مستويين - أعلى وأقل. يتم الحصول على المؤشر الأول بسبب تكثيف المياه ، في الثانية لا يؤخذ هذا العامل في الاعتبار.

هناك حاجة إلى أدنى قيمة TCT لحساب الحاجة إلى الوقود وتكلفته ، بمساعدة هذه المؤشرات ، يتم تجميع موازين الحرارة وتحديد كفاءة التركيبات التي تعمل بالوقود.

يمكن حساب TST بشكل تحليلي أو تجريبي. إذا كان التركيب الكيميائي للوقود معروفًا ، يتم تطبيق صيغة Mendeleev. تعتمد الإجراءات التجريبية على القياس الفعلي للحرارة أثناء احتراق الوقود.

في هذه الحالات ، يتم استخدام قنبلة احتراق خاصة - قنبلة مسعرية مع مسعر وثرموستات.

ميزات الحسابات فردية لكل نوع من أنواع الوقود. مثال: TCT في المحركات الاحتراق الداخليمحسوبة من أقل قيمة ، لأن السائل لا يتكثف في الاسطوانات.

معلمات المواد السائلة

تتحلل المواد السائلة ، مثل المواد الصلبة ، إلى المكونات التالية: الكربون ، والهيدروجين ، والكبريت ، والأكسجين ، والنيتروجين. يتم التعبير عن النسبة المئوية بالوزن.

يتكون صابورة الوقود العضوي الداخلي من الأكسجين والنيتروجين ؛ هذه المكونات لا تحترق ويتم تضمينها في التكوين بشروط. يتكون الصابورة الخارجية من الرطوبة والرماد.

لوحظ ارتفاع حرارة الاحتراق في البنزين. اعتمادًا على العلامة التجارية ، فهي 43-44 ميجا جول.

تم تحديد مؤشرات مماثلة للحرارة المحددة للاحتراق لكيروسين الطيران - 42.9 ميجا جول. يندرج وقود الديزل أيضًا في فئة القادة من حيث القيمة الحرارية - 43.4-43.6 ميجا جول.

تعتبر قيم TST المنخفضة نسبيًا من خصائص وقود الصواريخ السائل ، جلايكول الإيثيلين. يختلف الكحول والأسيتون في الحد الأدنى للحرارة النوعية للاحتراق. أداؤهم أقل بكثير من وقود المحركات التقليدية.

خصائص الوقود الغازي

يتكون الوقود الغازي من أول أكسيد الكربون والهيدروجين والميثان والإيثان والبروبان والبيوتان والإيثيلين والبنزين وكبريتيد الهيدروجين ومكونات أخرى. يتم التعبير عن هذه الأرقام كنسبة مئوية من حيث الحجم.

يحتوي الهيدروجين على أعلى درجات حرارة الاحتراق. عند الاحتراق ، يطلق كيلوغرام من مادة ما 119.83 ميجا جول من الحرارة. لكن لديها درجة عالية من الانفجار.

كما لوحظت قيم عالية من السعرات الحرارية في الغاز الطبيعي.

إنها تساوي 41-49 ميجا جول لكل كيلوجرام. ولكن ، على سبيل المثال ، يحتوي الميثان النقي على حرارة احتراق أعلى - 50 ميغا جول لكل كيلوغرام.

جدول مقارن للمؤشرات

يوضح الجدول قيم الحرارة النوعية للكتلة لاحتراق الوقود السائل والصلب والغازي.

نوع الوقود	وحدة مراجعة.	الحرارة النوعية للاحتراق
		إم جي	كيلوواط	سعر حراري
الحطب: بلوط ، خشب البتولا ، دردار ، زان ، شعاع البوق	كلغ	15	4,2	2500
الحطب: الصنوبر ، الصنوبر ، التنوب	كلغ	15,5	4,3	2500
الفحم البني	كلغ	12,98	3,6	3100
فحم	كلغ	27,00	7,5	6450
فحم	كلغ	27,26	7,5	6510
أنثراسايت	كلغ	28,05	7,8	6700
بيليه الخشب	كلغ	17,17	4,7	4110
بيليه القش	كلغ	14,51	4,0	3465
بيليه عباد الشمس	كلغ	18,09	5,0	4320
نشارة الخشب	كلغ	8,37	2,3	2000
ورق	كلغ	16,62	4,6	3970
كرمة	كلغ	14,00	3,9	3345
غاز طبيعي	م 3	33,5	9,3	8000
غاز مسال	كلغ	45,20	12,5	10800
بنزين	كلغ	44,00	12,2	10500
ديز. الوقود	كلغ	43,12	11,9	10300
الميثان	م 3	50,03	13,8	11950
هيدروجين	م 3	120	33,2	28700
الكيروسين	كلغ	43.50	12	10400
زيت الوقود	كلغ	40,61	11,2	9700
بترول	كلغ	44,00	12,2	10500
البروبان	م 3	45,57	12,6	10885
الإيثيلين	م 3	48,02	13,3	11470

يوضح الجدول أن الهيدروجين يحتوي على أعلى نسبة TST من بين جميع المواد ، وليس فقط المواد الغازية. إنه ينتمي إلى أنواع الوقود عالية الطاقة.

ناتج احتراق الهيدروجين هو ماء عادي. لا ينتج عن العملية خبث الفرن والرماد وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ، مما يجعل المادة وقودًا صديقًا للبيئة. لكنها متفجرة وذات كثافة منخفضة ، لذلك يصعب تسييل مثل هذا الوقود ونقله.

استنتاجات وفيديو مفيد حول الموضوع

على القيمة الحرارية لأنواع مختلفة من الخشب. مقارنة المؤشرات لكل م 3 و كجم.

TST هو أهم الخصائص الحرارية والتشغيلية للوقود. يستخدم هذا المؤشر في مختلف مجالات النشاط البشري: المحركات الحرارية ومحطات الطاقة والصناعة والتدفئة المنزلية والطبخ.

تساعد القيم الحرارية على مقارنة أنواع الوقود المختلفة من حيث درجة الطاقة المنبعثة ، وحساب الكتلة المطلوبة من الوقود ، وتوفير التكاليف.

هل لديك شيء تضيفه ، أو لديك أسئلة حول القيمة الحرارية لأنواع الوقود المختلفة؟ يمكنك ترك تعليقات على المنشور والمشاركة في المناقشات - نموذج الاتصال موجود في الكتلة السفلية.

تعرض الجداول الحرارة النوعية للكتلة لاحتراق الوقود (السائل والصلب والغازي) وبعض المواد الأخرى القابلة للاحتراق. الوقود مثل: الفحم ، والحطب ، وفحم الكوك ، والجفت ، والكيروسين ، والزيت ، والكحول ، والبنزين ، والغاز الطبيعي ، وما إلى ذلك.

قائمة جداول:

في تفاعل أكسدة الوقود الطارد للحرارة ، يتم تحويل طاقته الكيميائية إلى طاقة حرارية مع إطلاق كمية معينة من الحرارة. تسمى الطاقة الحرارية الناتجة حرارة احتراق الوقود. يعتمد على التركيب الكيميائي والرطوبة وهو المكون الرئيسي. تُشكل القيمة الحرارية للوقود ، المشار إليها بـ 1 كجم من الكتلة أو 1 م 3 من الحجم ، الكتلة أو القيمة الحرارية النوعية للحجم.

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود هي مقدار الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل لوحدة الكتلة أو حجم الوقود الصلب أو السائل أو الغازي. في النظام الدولي للوحدات ، تُقاس هذه القيمة بـ J / kg أو J / m 3.

يمكن تحديد الحرارة النوعية لاحتراق الوقود بشكل تجريبي أو حسابها تحليليًا.تعتمد الطرق التجريبية لتحديد القيمة الحرارية على القياس العملي لكمية الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود ، على سبيل المثال ، في المسعر مع منظم الحرارة وقنبلة الاحتراق. للوقود مع المعروف التركيب الكيميائييمكن تحديد الحرارة النوعية للاحتراق من صيغة مندليف.

هناك درجات حرارة احتراق أعلى وأقل.القيمة الحرارية الإجمالية تساوي الحد الأقصى للحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل للوقود ، مع مراعاة الحرارة التي يتم إنفاقها على تبخر الرطوبة الموجودة في الوقود. تكون القيمة الحرارية المنخفضة أقل من القيمة الأعلى من خلال قيمة حرارة التكثيف ، والتي تتكون من رطوبة الوقود وهيدروجين الكتلة العضوية ، والتي تتحول إلى ماء أثناء الاحتراق.

لتحديد مؤشرات جودة الوقود ، وكذلك في حسابات هندسة الحرارة عادة ما تستخدم أقل حرارة احتراق محددةوهي أهم خاصية حرارية وتشغيلية للوقود وهي مذكورة في الجداول أدناه.

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود الصلب (الفحم ، الحطب ، الخث ، فحم الكوك)

يوضح الجدول قيم الحرارة النوعية لاحتراق الوقود الصلب الجاف بوحدة MJ / kg. الوقود في الجدول مرتبة حسب الاسم بترتيب أبجدي.

من بين أنواع الوقود الصلب المدروسة ، يحتوي فحم الكوك على أعلى قيمة حرارية - تبلغ حرارة احتراقه المحددة 36.3 ميجا جول / كجم (أو 36.3 · 10 6 جول / كجم في وحدات النظام الدولي). بالإضافة إلى ذلك ، تتميز قيمة السعرات الحرارية العالية بالفحم والأنثراسايت والفحم والفحم البني.

تشمل أنواع الوقود ذات الكفاءة المنخفضة في استخدام الطاقة الخشب والحطب والبارود و freztorf والصخر الزيتي. على سبيل المثال ، الحرارة النوعية لاحتراق الحطب هي 8.4 ... 12.5 ، والبارود - 3.8 ميجا جول / كجم فقط.

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود الصلب (الفحم ، الحطب ، الخث ، فحم الكوك)

الوقود
أنثراسايت	26,8…34,8
الكريات الخشبية (حبوب)	18,5
الحطب جاف	8,4…11
خشب البتولا الجاف	12,5
فحم الكوك الغازي	26,9
فحم الكوك في الفرن العالي	30,4
شبه فحم الكوك	27,3
مسحوق	3,8
سليت	4,6…9
الصخر الزيتي	5,9…15
دافع صلب	4,2…10,5
الخث	16,3
الخث الليفي	21,8
طحن الخث	8,1…10,5
كسرة الخث	10,8
الفحم البني	13…25
الفحم البني (قوالب)	20,2
الفحم البني (الغبار)	25
فحم دونيتسك	19,7…24
فحم	31,5…34,4
فحم	27
فحم الكوك	36,3
فحم كوزنيتسك	22,8…25,1
فحم تشيليابينسك	12,8
فحم إيكيباستوز	16,7
فريزتورف	8,1
الخبث	27,5

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود السائل (كحول ، بنزين ، كيروسين ، زيت)

تم إعطاء جدول الحرارة النوعية لاحتراق الوقود السائل وبعض السوائل العضوية الأخرى. وتجدر الإشارة إلى أن أنواع الوقود مثل البنزين ووقود الديزل والزيت تتميز بإطلاق حرارة عالية أثناء الاحتراق.

تكون الحرارة النوعية لاحتراق الكحول والأسيتون أقل بكثير من حرارة وقود المحركات التقليدية. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي وقود الصواريخ السائل على قيمة حرارية منخفضة نسبيًا ، ومع الاحتراق الكامل لـ 1 كجم من هذه الهيدروكربونات ، سيتم إطلاق كمية حرارة تساوي 9.2 و 13.3 ميجا جول ، على التوالي.

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود السائل (كحول ، بنزين ، كيروسين ، زيت)

الوقود	الحرارة النوعية للاحتراق ، MJ / كجم
الأسيتون	31,4
بنزين A-72 (GOST 2084-67)	44,2
بنزين الطيران B-70 (GOST 1012-72)	44,1
بنزين AI-93 (GOST 2084-67)	43,6
البنزين	40,6
وقود الديزل الشتوي (GOST 305-73)	43,6
وقود الديزل الصيفي (GOST 305-73)	43,4
دافع سائل (كيروسين + أكسجين سائل)	9,2
كيروسين الطيران	42,9
كيروسين الإضاءة (GOST 4753-68)	43,7
زيلين	43,2
زيت وقود عالي الكبريت	39
زيت الوقود منخفض الكبريت	40,5
زيت وقود منخفض الكبريت	41,7
زيت الوقود الكبريتى	39,6
كحول الميثيل (الميثانول)	21,1
ن-كحول بوتيل	36,8
بترول	43,5…46
الميثان النفطي	21,5
التولوين	40,9
الروح البيضاء (GOST 313452)	44
أثلين كلايكول	13,3
كحول إيثيل (إيثانول)	30,6

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود الغازي والغازات القابلة للاحتراق

تم تقديم جدول بالحرارة النوعية لاحتراق الوقود الغازي وبعض الغازات القابلة للاحتراق الأخرى في أبعاد MJ / kg. من بين الغازات المدروسة ، تختلف أكبر حرارة نوعية للاحتراق. مع الاحتراق الكامل لكل كيلوغرام واحد من هذا الغاز ، سيتم إطلاق 119.83 ميجا جول من الحرارة. أيضًا ، يحتوي وقود مثل الغاز الطبيعي على قيمة حرارية عالية - الحرارة النوعية لاحتراق الغاز الطبيعي هي 41 ... 49 ميجا جول / كجم (لـ 50 ميجا جول / كجم).

الحرارة النوعية لاحتراق الوقود الغازي والغازات القابلة للاحتراق (الهيدروجين والغاز الطبيعي والميثان)

الوقود	الحرارة النوعية للاحتراق ، MJ / كجم
1-بوتين	45,3
الأمونيا	18,6
الأسيتيلين	48,3
هيدروجين	119,83
هيدروجين ، مخلوط مع ميثان (50٪ H 2 و 50٪ CH 4 بالكتلة)	85
الهيدروجين ، مخلوط مع الميثان وأول أكسيد الكربون (33-33-33٪ بالكتلة)	60
هيدروجين ، مخلوط مع أول أكسيد الكربون (50٪ H 2 50٪ CO 2 بالكتلة)	65
غاز فرن الانفجار	3
غاز فرن فحم الكوك	38,5
غاز الهيدروكربون المسال LPG (البروبان - البيوتان)	43,8
ايزوبيوتان	45,6
الميثان	50
ن- البيوتان	45,7
ن الهكسان	45,1
ن-بنتان	45,4
الغاز المصاحب	40,6…43
غاز طبيعي	41…49
بروبادين	46,3
البروبان	46,3
البروبيلين	45,8
البروبيلين ، خليط مع الهيدروجين وأول أكسيد الكربون (90٪ -9٪ -1٪ بالوزن)	52
الإيثان	47,5
الإيثيلين	47,2

الحرارة النوعية لاحتراق بعض المواد القابلة للاحتراق

جدول يوضح الحرارة النوعية لاحتراق بعض المواد القابلة للاحتراق (خشب ، ورق ، بلاستيك ، قش ، مطاط ، إلخ). وتجدر الإشارة إلى المواد التي تنبعث منها حرارة عالية أثناء الاحتراق. وتشمل هذه المواد: المطاط بأنواعه المختلفة ، والبوليسترين الممدد (البوليسترين) ، والبولي بروبيلين والبولي إيثيلين.

الحرارة النوعية لاحتراق بعض المواد القابلة للاحتراق

الوقود	الحرارة النوعية للاحتراق ، MJ / كجم
ورق	17,6
جلدي	21,5
خشب (قضبان ذات محتوى رطوبة 14٪)	13,8
خشب في أكوام	16,6
خشب البلوط	19,9
خشب الصنوبر	20,3
الخشب الأخضر	6,3
خشب الصنوبر	20,9
كابرون	31,1
منتجات الكربوليت	26,9
ورق مقوى	16,5
مطاط ستايرين بوتادين SKS-30AR	43,9
المطاط الطبيعي	44,8
مطاط صناعي	40,2
SCS المطاط	43,9
مطاط الكلوروبرين	28
مشمع بولي فينيل كلوريد	14,3
مشمع من طبقتين من البولي فينيل كلوريد	17,9
مشمع البولي فينيل كلوريد على أساس اللباد	16,6
مشمع بولي فينيل كلوريد على أساس دافئ	17,6
مشمع البولي فينيل كلوريد على أساس النسيج	20,3
مشمع المطاط (ريلين)	27,2
مادة البارافين الصلبة	11,2
رغوة PVC-1	19,5
رغوة FS-7	24,4
رغوة FF	31,4
البوليسترين الموسع PSB-S	41,6
رغوة البولي يوريثان	24,3
اللوح الليفي	20,9
كلوريد البوليفينيل (PVC)	20,7
بولي كربونات	31
بولى بروبلين	45,7
البوليسترين	39
بولي ايثيلين عالي الكثافة	47
بولي إيثيلين منخفض الضغط	46,7
ممحاة	33,5
روبرويد	29,5
قناة السخام	28,3
القش	16,7
قش	17
زجاج عضوي (زجاج شبكي)	27,7
نسيج	20,9
تول	16
مادة تي إن تي	15
قطن	17,5
السليلوز	16,4
ألياف الصوف والصوف	23,1

مصادر:

1. 147-2013 GOST وقود معدني صلب. تحديد قيمة السعرات الحرارية الأعلى وحساب القيمة الحرارية المنخفضة.
2. المنتجات البترولية GOST 21261-91. طريقة تحديد إجمالي القيمة الحرارية وحساب صافي القيمة الحرارية.
3. الغازات الطبيعية القابلة للاحتراق GOST 22667-82. طريقة الحساب لتحديد القيمة الحرارية والكثافة النسبية ورقم Wobbe.
4. GOST 31369-2008 الغاز الطبيعي. حساب القيمة الحرارية والكثافة والكثافة النسبية ورقم Wobbe بناءً على تكوين المكون.
5. Zemsky G. T. الخصائص القابلة للاشتعال للمواد العضوية وغير العضوية: كتاب مرجعي M: VNIIPO ، 2016-970 ص.