ارزش حرارتی انواع سوخت. تحلیل تطبیقی

در این درس می آموزیم که چگونه مقدار گرمایی را که سوخت در طی احتراق آزاد می کند محاسبه کنیم. علاوه بر این، ما ویژگی های سوخت - گرمای ویژه احتراق را در نظر خواهیم گرفت.

از آنجایی که کل زندگی ما بر اساس حرکت است و حرکت بیشتر بر اساس احتراق سوخت است، مطالعه این موضوع برای درک موضوع بسیار مهم است. پدیده های حرارتی».

پس از مطالعه مسائل مربوط به میزان گرما و ظرفیت گرمایی ویژه، بیایید به بررسی ادامه دهیم مقدار گرمای آزاد شده هنگام سوزاندن سوخت.

تعریف

سوخت- ماده ای که در برخی فرآیندها (احتراق، واکنش های هسته ای) گرما تولید می کند. منبع انرژی است.

سوخت اتفاق می افتد جامد، مایع و گاز(عکس. 1).

برنج. 1. انواع سوخت

• سوخت جامد شامل زغال سنگ و ذغال سنگ نارس.
• سوخت های مایع شامل نفت، بنزین و سایر فرآورده های نفتی.
• سوخت های گازی شامل گاز طبیعی.
• به طور جداگانه، می توانیم موارد بسیار رایج را برجسته کنیم اخیرا سوخت هسته ای.

احتراق سوخت یک فرآیند شیمیایی است که اکسیداتیو است. در طی احتراق، اتم‌های کربن با اتم‌های اکسیژن ترکیب می‌شوند و مولکول‌هایی را تشکیل می‌دهند. در نتیجه، انرژی آزاد می شود که فرد از آن برای اهداف خود استفاده می کند (شکل 2).

برنج. 2. تشکیل دی اکسید کربن

برای مشخص کردن سوخت، از ویژگی زیر استفاده می شود: ارزش حرارتی. ارزش حرارتی نشان می دهد که چه مقدار گرما در طی احتراق سوخت آزاد می شود (شکل 3). در فیزیک، ارزش حرارتی با مفهوم مطابقت دارد گرمای ویژه احتراق یک ماده.

برنج. 3. گرمای خاصاحتراق

تعریف

گرمای ویژه احتراق - کمیت فیزیکیکه مشخص کننده سوخت است، از نظر عددی برابر با مقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل سوخت آزاد می شود.

گرمای ویژه احتراق معمولاً با حرف نشان داده می شود. واحدها:

هیچ واحد اندازه گیری وجود ندارد، زیرا احتراق سوخت در دمای تقریباً ثابت رخ می دهد.

گرمای ویژه احتراق به صورت تجربی با استفاده از ابزارهای پیچیده تعیین می شود. با این حال، جداول ویژه ای برای حل مشکلات وجود دارد. در زیر مقادیر گرمای ویژه احتراق را برای برخی از انواع سوخت ارائه می کنیم.

ماده

جدول 4. گرمای ویژه احتراق برخی از مواد

از مقادیر داده شده مشخص است که در حین احتراق مقدار زیادی گرما آزاد می شود، بنابراین از واحدهای اندازه گیری (مگاژول) و (گیگاژول) استفاده می شود.

برای محاسبه مقدار گرمای آزاد شده در حین احتراق سوخت از فرمول زیر استفاده می شود:

در اینجا: - جرم سوخت (کیلوگرم)، - گرمای ویژه احتراق سوخت ().

در خاتمه، خاطرنشان می کنیم که بیشتر سوخت مورد استفاده بشر با استفاده از انرژی خورشیدی ذخیره می شود. زغال سنگ، نفت، گاز - همه اینها بر روی زمین به دلیل تأثیر خورشید شکل گرفت (شکل 4).

برنج. 4. تشکیل سوخت

در درس بعدی در مورد قانون بقا و تبدیل انرژی در فرآیندهای مکانیکی و حرارتی صحبت خواهیم کرد.

فهرست کنیدادبیات

1. Gendenshtein L.E.، Kaidalov A.B.، Kozhevnikov V.B. / اد. Orlova V.A., Roizena I.I. فیزیک 8. - M.: Mnemosyne.
2. پریشکین A.V. فیزیک 8. - M.: Bustard، 2010.
3. Fadeeva A.A.، Zasov A.V.، Kiselev D.F. فیزیک 8. - م.: اشراق.

1. پورتال اینترنتی "festival.1september.ru" ()
2. پورتال اینترنتی “school.xvatit.com” ()
3. پورتال اینترنتی "stringer46.narod.ru" ()

مشق شب

تحولات درس (یادداشت های درس)

خط UMK A.V. Peryshkin. فیزیک (7-9)

توجه! مدیریت سایت هیچ مسئولیتی در قبال محتوا ندارد تحولات روش شناختیو همچنین برای انطباق با توسعه استاندارد آموزشی ایالتی فدرال.

"برای گرم کردن دیگران، یک شمع باید بسوزد"

ام. فارادی.

هدف:بررسی مسائل مربوط به استفاده از انرژی داخلی سوخت، انتشار گرما در هنگام احتراق سوخت.

اهداف درس:

آموزشی:

• تکرار و ادغام دانش در مورد مطالب تحت پوشش؛
• مفهوم انرژی سوخت، گرمای ویژه احتراق سوخت را معرفی کنید.
• به توسعه مهارت ها در حل مسائل محاسباتی ادامه دهید.

در حال توسعه:

• توسعه تفکر تحلیلی؛
• ایجاد مهارت در کار با جداول و نتیجه گیری؛
• توانایی های دانش آموزان را برای طرح فرضیه ها، استدلال آنها و بیان صحیح افکار خود با صدای بلند توسعه دهید.
• مشاهده و توجه را توسعه دهید.

آموزشی:

• مطرح کردن نگرش دقیقاستفاده از منابع سوخت؛
• با نشان دادن ارتباط بین مطالب مورد مطالعه و زندگی واقعی، علاقه به موضوع را پرورش دهید.
• توسعه مهارت های ارتباطی

نتایج موضوع:

دانش آموزان باید بدانند:

• گرمای ویژه احتراق سوخت یک کمیت فیزیکی است که نشان می دهد در طی احتراق کامل سوخت با وزن 1 کیلوگرم چه مقدار گرما آزاد می شود.
• هنگامی که سوخت می سوزد، انرژی قابل توجهی آزاد می شود که در زندگی روزمره، صنعت، کشاورزی، نیروگاه ها و حمل و نقل خودرو استفاده می شود.
• واحد اندازه گیری گرمای ویژه احتراق سوخت.

دانش آموزان باید بتوانند:

• توضیح فرآیند آزادسازی انرژی در طی احتراق سوخت؛
• از جدول گرمای ویژه احتراق سوخت استفاده کنید.
• گرمای ویژه احتراق سوخت را مقایسه کنید مواد مختلفو انرژی آزاد شده در حین احتراق انواع مختلفسوخت

دانش آموزان باید درخواست دهند:

• فرمول محاسبه انرژی آزاد شده در طی احتراق سوخت

نوع درس:درس یادگیری مطالب جدید

تجهیزات: شمع، بشقاب، لیوان، برگ گیاه، سوخت خشک، 2 عدد لامپ الکلی، بنزین، الکل، 2 عدد لوله آزمایش با آب.

در طول کلاس ها

1. لحظه سازمانی.

سلام کردن به دانش آموزان، بررسی آمادگی برای درس.

مشخص است که دانشمند بزرگ M.V. Lomonosov در سال 1744 روی رساله "تأملاتی در مورد علت گرما و سرما" کار کرد. پدیده های حرارتی نقش بسیار زیادی در دنیای اطراف ما، در زندگی انسان ها، گیاهان، حیوانات و همچنین در فناوری ایفا می کنند.

بیایید بررسی کنیم که چقدر به این دانش تسلط دارید.

2. ایجاد انگیزه برای فعالیت های آموزشی.

آیا شما هر گونه سوال در مورد مشق شب? بیایید بررسی کنیم که چگونه آن را مدیریت کردید:

• دو دانش آموز راه حل هایی را برای مسائل تکلیف روی تخته ارائه می کنند.

1) رطوبت مطلق هوا را در انباری با حجم 10 متر مکعب در صورتی که دارای بخار آب به وزن 0.12 کیلوگرم باشد تعیین کنید.

2) فشار بخار آب در هوا 0.96 کیلو پاسکال، رطوبت نسبی 60٪ است. فشار بخار آب اشباع شده در همان دما چقدر است؟

• 1 دانش آموز (دیما) نمودار روی تخته را پر می کند.

وظیفه: در کنار هر فلش نام فرآیندها و فرمول محاسبه میزان گرما در هر یک از آنها را برچسب بزنید.

• در همین حین، بچه ها در هیئت مدیره کار می کنند، من و شما یک کار دیگر را انجام می دهیم.

به متن نشان داده شده در اسلاید نگاه کنید و خطاهای فیزیکی نویسنده را در آن بیابید (پاسخ صحیح را پیشنهاد دهید):

1) در یک روز آفتابی روشن، بچه ها پیاده روی کردند. برای اینکه آنقدر گرم نشود، بچه ها لباس پوشیدند کت و شلوارهای تیره. در شب تازه شد، اما بعد از شنا گرمتر شدبچه ها برای خودشان چای داغ ریختند در لیوان های آهنی و با لذت آن را نوشیدند. بدون سوختن. خیلی باحال بود!!!

پاسخ: رنگ های تیره گرمای بیشتری را جذب می کنند. در طول تبخیر، دمای بدن کاهش می یابد. رسانایی حرارتی فلزات بیشتر است، بنابراین بیشتر گرم می شود.

2) واسیا که زودتر از حد معمول از خواب بیدار شد بلافاصله به یاد آورد که در ساعت هشت صبح با تولیا موافقت کرد که برای تماشای حرکت یخ به رودخانه برود. واسیا به خیابان دوید ، تولیا قبلاً آنجا بود. «این هوا امروز است! – به جای احوالپرسی با تحسین گفت. چه آفتابی است و دمای هوا در صبح 2- درجه سانتیگراد است. واسیا مخالفت کرد: "نه، -4." پسرها با هم دعوا کردند و بعد متوجه شدند که چه خبر است. من یک دماسنج در باد دارم، و شما آن را در یک مکان خلوت دارید، بنابراین شما و بیشتر نشان می دهد"، تولیا حدس زد. و بچه ها دویدند پاشیدن از میان گودال ها

پاسخ: در حضور باد، تبخیر شدیدتر رخ می دهد، بنابراین دماسنج اول باید دمای کمتری را نشان دهد. در دمای زیر 00 درجه سانتیگراد، آب یخ می زند.

آفرین، همه خطاها را درست پیدا کردید.

بیایید صحت حل مسائل را بررسی کنیم (دانش آموزانی که مسائل را حل کرده اند در مورد راه حل خود اظهار نظر می کنند).

حالا بیایید بررسی کنیم که دیما چگونه با وظیفه خود کنار آمد.

آیا دیما همه انتقال های فاز را به درستی نامگذاری کرده است؟ اگر یک چوب چوبی را داخل شعله قرار دهید چه اتفاقی می افتد؟ (او خواهد سوخت)

شما به درستی متوجه شدید که فرآیند احتراق اتفاق می افتد.

احتمالاً قبلاً حدس زده اید که امروز در مورد چه چیزی صحبت خواهیم کرد (آنها فرضیه هایی را مطرح کردند).

به نظر شما در پایان درس می توانیم به چه سوالاتی پاسخ دهیم؟

• درک معنای فیزیکی فرآیند احتراق؛
• دریابید که چه چیزی میزان گرمای آزاد شده در حین احتراق را تعیین می کند.
• کاربرد این فرآیند در زندگی، در زندگی روزمره و غیره را بیابید.

3. مواد جدید.

هر روز می توانیم سوختن گاز طبیعی را در مشعل اجاق گاز تماشا کنیم. این فرآیند احتراق سوخت است.

تجربه شماره 1شمع با استفاده از پلاستیک به پایین صفحه ثابت می شود. بیایید یک شمع روشن کنیم، سپس آن را با یک شیشه بپوشانیم. چند لحظه بعد شعله شمع خاموش خواهد شد.

یک موقعیت مشکل ساز ایجاد می شود که در آن دانش آموزان به این نتیجه می رسند: شمع در حضور اکسیژن می سوزد.

سوالات کلاس:

چه چیزی فرآیند احتراق را همراهی می کند؟

چرا شمع خاموش می شود؟ در چه شرایطی فرآیند احتراق اتفاق می افتد؟

انرژی چگونه آزاد می شود؟

برای انجام این کار، بیایید ساختار ماده را به خاطر بسپاریم.

ماده از چه چیزی تشکیل شده است؟ (از مولکول ها، مولکول ها از اتم ها)

یک مولکول چه نوع انرژی دارد؟ (سینتیک و پتانسیل)

آیا می توان یک مولکول را به اتم تقسیم کرد؟ (آره)

برای تقسیم مولکول ها به اتم ها، باید بر نیروهای جاذبه اتم ها غلبه کرد که به معنای انجام کار، یعنی صرف انرژی است.

هنگامی که اتم ها در یک مولکول ترکیب می شوند، برعکس، انرژی آزاد می شود. این ترکیب اتم ها به مولکول ها نیز هنگام سوختن سوخت اتفاق می افتد. سوخت معمولی حاوی کربن است. شما به درستی تشخیص دادید که احتراق بدون دسترسی به هوا غیرممکن است. در حین احتراق، اتم های کربن با اتم های اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شوند و یک مولکول دی اکسید کربن تشکیل می دهند و انرژی را به شکل گرما آزاد می کنند.

حالا بیایید آزمایشی انجام دهیم و احتراق همزمان چندین نوع سوخت را ببینیم: بنزین، سوخت خشک، الکل و پارافین. (آزمایش شماره 2).

چه چیزی رایج است و احتراق هر نوع سوخت چگونه است؟

بله، احتراق هر ماده ای باعث تولید مواد فرآورده های احتراق دیگر می شود. به عنوان مثال، هنگام سوختن چوب، خاکستر باقی می ماند و دی اکسید کربن، مونوکسید کربن و سایر گازها آزاد می شود. .

اما هدف اصلی سوخت تامین گرما است!

بیایید به تجربه دیگری نگاه کنیم.

تجربه شماره 3:(روی دو لامپ الکلی یکسان: یکی پر از بنزین، دیگری با الکل، به همان میزان آب گرم می شود).

سوالات مربوط به تجربه:

چه انرژی برای گرم کردن آب مصرف می شود؟

چگونه می توان میزان گرمایی که برای گرم کردن آب وارد می شود را تعیین کرد؟

در چه صورت آب سریعتر به جوش آمد؟

از تجربه چه نتیجه ای می توان گرفت؟

کدام سوخت، الکل یا بنزین، در حین احتراق کامل گرمای بیشتری آزاد می کند؟ (گرمای بنزین بیشتر از الکل است).

معلم: کمیت فیزیکی که نشان می دهد در طی احتراق کامل سوخت با وزن 1 کیلوگرم چه مقدار گرما آزاد می شود، گرمای ویژه احتراق سوخت نامیده می شود که با حرف q نشان داده می شود. واحد اندازه گیری J/kg

گرمای ویژه احتراق به صورت تجربی با استفاده از ابزارهای نسبتاً پیچیده تعیین می شود.

نتایج داده های تجربی در جدول کتاب درسی (ص 128) آورده شده است.

بیایید با این جدول کار کنیم.

سوال در مورد جدول:

1. گرمای ویژه احتراق بنزین چقدر است؟ (44 MJ/kg)
2. این یعنی چی؟ (به این معنی که احتراق کامل 1 کیلوگرم بنزین 44 مگا ژول انرژی آزاد می کند).
3. کدام ماده کمترین گرمای مخصوص احتراق را دارد؟ (هیزم).
4. کدام سوخت هنگام سوزاندن بیشترین گرما را تولید می کند؟ (هیدروژن، زیرا گرمای ویژه احتراق آن بیشتر از بقیه است).
5. با سوزاندن 2 کیلوگرم الکل چقدر گرما آزاد می شود؟ چگونه این را تعیین کردید؟
6. برای محاسبه میزان گرمای آزاد شده در حین احتراق چه چیزهایی باید بدانید؟

آنها نتیجه می گیرند که برای یافتن مقدار گرما، نه تنها باید گرمای ویژه احتراق سوخت، بلکه جرم آن را نیز بدانید.

این بدان معنی است که مقدار کل گرمای Q (J) آزاد شده در طی احتراق کامل m (kg) سوخت با فرمول محاسبه می شود: س = q · متر

بیایید آن را در یک دفتر یادداشت کنیم.

چگونه از این فرمول جرم سوخت سوخته شده را پیدا کنیم؟

گرمای ویژه احتراق را از فرمول بیان کنید. (می توانید دانش آموز را برای نوشتن فرمول ها به تابلو فراخوانی کنید)

دقیقه تربیت بدنی

ما خسته ایم. کمی گرم شویم. پشت خود را صاف کنید. شانه های خود را صاف کنید. من اسم سوخت را می گویم و اگر فکر می کنید جامد است، سر خود را پایین بیاورید، اگر مایع است، دستان خود را بالا بیاورید و اگر گازی است، دستان خود را به سمت جلو بکشید.

زغال سنگ جامد است.

گاز طبیعی گازی است.

روغن مایع است.

چوب سخت است.

بنزین مایع است.

ذغال سنگ نارس سخت است.

آنتراسیت - سخت.

نفت سفید مایع است.

گاز کک گازی است.

آفرین! حواس پرت ترین و اسپرت ترین بین ما... بشین.

معلم:بچه ها! بیایید به این سؤال فکر کنیم: "آیا فرآیند احتراق برای انسان دوست است یا دشمن؟"

تجربه شماره 4بیایید آزمایش را با یک شمع سوزان تکرار کنیم، اما اکنون یک برگ گیاه را در کنار شمع قرار می دهیم.

ببینید چه اتفاقی برای گیاه کنار شعله شمع افتاد؟

که هنگام استفاده از سوخت، نباید مضرات محصولات احتراق برای موجودات زنده را فراموش کرد.

4. تحکیم.

بچه ها لطفا بگید سوخت من و شما چیه؟ در بدن انسان، غذا نقش سوخت را ایفا می کند. انواع مختلف غذا، مانند انواع سوخت، دارای مقادیر متفاوتی از انرژی هستند. (جدول "حرارت ویژه احتراق محصولات غذایی" را روی رایانه نشان دهید).

	گرمای ویژه احتراق سوخت q، MJ/kg
نان گندم
نان چاودار
سیب زمینی
گوشت گاو
گوشت مرغ
کره
پنیر خامه ای چرب
روغن آفتابگردان
انگور
رول شکلاتی
بستنی
کیریشکی
چای شیرین
"کوکاکولا"
توت سیاه

پیشنهاد می کنم به گروه ها (میز 1 و 2، 3 و 4) بپیوندید و کارهای زیر را (طبق جزوه) انجام دهید. 5 دقیقه به شما فرصت داده می شود تا آن را تکمیل کنید و پس از آن نتایج را بررسی خواهیم کرد.

تکالیف گروهی:

• گروه 1: هنگام آماده شدن برای درس، 800 کیلوژول انرژی در عرض 2 ساعت صرف می کنید. اگر یک بسته 28 گرمی چیپس بخورید و یک لیوان 200 گرمی کوکاکولا بنوشید، سطح انرژی خود را بازیابی می کنید؟
• گروه 2: یک نفر با وزن 70 کیلوگرم اگر یک ساندویچ با کره (100 گرم) بخورد تا چه قد می تواند بلند شود. نان گندمو 50 گرم کره).
• گروه 3: آیا مصرف 100 گرم پنیر دلمه، 50 گرم نان گندم، 50 گرم گوشت گاو و 100 گرم سیب زمینی، 200 گرم چای شیرین (1 لیوان) در طول روز برای شما کافی است؟ مقدار مورد نیازانرژی برای دانش آموز کلاس هشتم 1.2 مگا ژول است.
• گروه 4: ورزشکار 60 کیلوگرمی اگر یک ساندویچ با کره (100 گرم نان گندم و 50 گرم کره) بخورد با چه سرعتی باید بدود.
• گروه 5: یک نوجوان 55 کیلوگرمی چه مقدار شکلات می تواند بخورد تا انرژی ای را که در هنگام مطالعه کتاب در حالت نشسته صرف کرده است، جبران کند؟ (در یک ساعت)

مصرف انرژی تقریبی یک نوجوان با وزن 55 کیلوگرم در هر ساعت در طول انواع فعالیت ها

شستن ظروف
آماده شدن برای دروس
برای خودت میخونی
نشستن (در حالت استراحت)
تمرین فیزیکی

• گروه ششم: آیا ورزشکاری با وزن 70 کیلوگرم پس از 20 دقیقه شنا اگر 50 گرم نان چاودار و 100 گرم گوشت گاو بخورد، ذخیره انرژی خود را باز می گرداند؟

مصرف انرژی تقریبی فرد به مدت 1 ساعت در حین انواع فعالیت ها (به ازای هر 1 کیلوگرم وزن)

گروه ها راه حل مسئله را روی یک تکه کاغذ واتمن ارائه می دهند، سپس به نوبت به تخته رفته و آن را توضیح می دهند.

5. انعکاس. خلاصه درس.

یادمان باشد در ابتدای درس چه وظایفی را برای خود تعیین کرده ایم؟ آیا به همه چیز رسیده ایم؟

بچه ها در یک دایره در یک جمله صحبت می کنند و شروع یک عبارت را از صفحه بازتابنده روی تخته انتخاب می کنند:

• امروز فهمیدم...
• جالب بود…
• سخت بود…
• من وظایف را انجام دادم ...
• من متوجه شدم که...
• اکنون می توانم…
• احساس کردم که ...
• من خریدم...
• یاد گرفتم…
• من مدیریت کردم …
• من قادر بودم...
• سعی خواهم کرد…
• شگفت زده شدم...
• به من درس زندگی داد...
• من می خواستم…

1. چه چیز جدیدی در درس یاد گرفتید؟

2. آیا این دانش در زندگی مفید خواهد بود؟

دادن نمره درس به فعال ترین دانش آموزان.

6. د.ز

1. بند 10
2. وظیفه (1 برای انتخاب):

• سطح 1: 10 کیلوگرم زغال چوب در هنگام احتراق چقدر گرما تولید می کند؟
• سطح 2: احتراق کامل روغن 132 کیلوژول انرژی آزاد می کند. چقدر نفت سوزانده شد؟
• سطح 3: چه مقدار گرما در هنگام احتراق کامل 0.5 لیتر الکل آزاد می شود (تراکم الکل 800 کیلوگرم بر متر مکعب)

جدول مقایسه: انواع سوخت (مزایا و معایب)

بشریت در روند تکامل خود، دریافت را آموخته است انرژی حرارتیبا سوزاندن انواع متفاوتسوخت ساده ترین نمونه آتشی است که از چوب ساخته شده است که روشن شده است افراد بدویو از آن زمان به بعد ذغال سنگ نارس، بنزین، نفت، گاز طبیعی - همه اینها انواع سوخت هستند که با سوزاندن آنها انرژی حرارتی دریافت می کند. بنابراین گرمای ویژه احتراق چیست؟

گرما در طی فرآیند احتراق از کجا می آید؟

فرآیند احتراق سوخت خود یک واکنش شیمیایی و اکسیداتیو است. بیشتر سوخت ها حاوی مقادیر زیادی کربن C، هیدروژن H، گوگرد S و سایر مواد هستند. در طی احتراق، اتم های C، H و S با اتم های اکسیژن O 2 ترکیب می شوند و مولکول های CO، CO 2، H 2 O، SO 2 را به وجود می آورند. در این حالت مقدار زیادی انرژی حرارتی آزاد می شود که افراد یاد گرفته اند از آن برای اهداف خود استفاده کنند.

برنج. 1. انواع سوخت: زغال سنگ، ذغال سنگ نارس، نفت، گاز.

سهم اصلی در انتشار گرما توسط کربن C انجام می شود. دومین سهم بزرگ در مقدار گرما توسط هیدروژن H انجام می شود.

برنج. 2. اتم های کربن با اتم های اکسیژن واکنش می دهند.

گرمای ویژه احتراق چیست؟

گرمای ویژه احتراق q کمیت فیزیکی است برابر با مقدار گرمای آزاد شده در طی احتراق کامل 1 کیلوگرم سوخت.

فرمول گرمای ویژه احتراق به صورت زیر است:

$$q=(Q \ بیش از m)$$

Q مقدار گرمای آزاد شده در طی احتراق سوخت است، J;

متر - جرم سوخت، کیلوگرم.

واحد اندازه گیری q در سیستم بین المللی واحدها (SI) J/kg است.

$$[q]=(J \ بیش از کیلوگرم)$$

برای نشان دادن مقادیر زیاد q، اغلب از واحدهای انرژی خارج از سیستم استفاده می شود: کیلوژول (کیلوژول)، مگاژول (MJ) و گیگاژول (GJ).

مقادیر q برای مواد مختلف به صورت تجربی تعیین می شود.

با دانستن q می توانیم مقدار گرمای Q را که از احتراق سوخت با جرم m حاصل می شود محاسبه کنیم:

گرمای ویژه احتراق چگونه اندازه گیری می شود؟

برای اندازه گیری q از ابزارهایی به نام کالریمتر (کالری - گرما، مترئو - اندازه گیری) استفاده می شود.

ظرفی با بخشی از سوخت داخل دستگاه سوخته است. ظرف در آب با جرم شناخته شده قرار می گیرد. در نتیجه احتراق، گرمای آزاد شده آب را گرم می کند. بزرگی جرم آب و تغییر دمای آن امکان محاسبه گرمای احتراق را فراهم می کند. در مرحله بعد، q با استفاده از فرمول بالا تعیین می شود.

برنج. 3. اندازه گیری گرمای ویژه احتراق.

از کجا می توانید مقادیر q را پیدا کنید

اطلاعات مربوط به مقادیر گرمای ویژه احتراق برای انواع خاصی از سوخت را می توان در کتاب های مرجع فنی یا نسخه های الکترونیکی آنها در منابع اینترنتی یافت. معمولاً در جدول زیر ارائه می شوند:

گرمای ویژه احتراق، q

منابع اکتشاف شده، گونه های مدرنسوخت محدود است بنابراین، در آینده با منابع انرژی دیگر جایگزین خواهند شد:

• اتمی، با استفاده از انرژی واکنش های هسته ای؛
• خورشیدی، تبدیل انرژی نور خورشید به گرما و برق؛
• باد؛
• زمین گرمایی، با استفاده از گرمای چشمه های آب گرم طبیعی.

ما چه آموخته ایم؟

بنابراین، ما متوجه شدیم که چرا هنگام سوختن سوخت، گرمای زیادی آزاد می شود. برای محاسبه مقدار گرمای آزاد شده در حین احتراق جرم معین m سوخت، باید مقدار q - گرمای ویژه احتراق این سوخت را دانست. مقادیر q به صورت تجربی با روش های کالریمتری تعیین شده و در کتاب های مرجع آورده شده است.

در مورد موضوع تست کنید

ارزیابی گزارش

میانگین امتیاز: 4.2. مجموع امتیازهای دریافتی: 65.

وقتی مقدار مشخصی سوخت می سوزد، مقدار قابل اندازه گیری گرما آزاد می شود. بر اساس سیستم بین المللی واحدها، مقدار بر حسب ژول بر کیلوگرم یا متر مکعب بیان می شود. اما پارامترها را می توان بر حسب کیلوکالری یا کیلووات نیز محاسبه کرد. اگر مقدار مربوط به یک واحد اندازه گیری سوخت باشد، آن را خاص می نامند.

چه چیزی بر ارزش حرارتی سوخت های مختلف تأثیر می گذارد؟ مقدار شاخص برای مواد مایع، جامد و گاز چقدر است؟ پاسخ به سوالات بالا به تفصیل در مقاله توضیح داده شده است. علاوه بر این، ما جدولی را آماده کرده ایم که گرمای ویژه احتراق مواد را نشان می دهد - این اطلاعات هنگام انتخاب نوع سوخت پر انرژی مفید خواهد بود.

آزاد شدن انرژی در حین احتراق باید با دو پارامتر مشخص شود: راندمان بالا و عدم تولید مواد مضر.

سوخت مصنوعی از فرآوری سوخت طبیعی به دست می آید. صرف نظر از حالت تجمع، مواد در ترکیب شیمیایی خود دارای قسمت قابل اشتعال و غیر قابل اشتعال هستند. اولین مورد کربن و هیدروژن است. دومی شامل آب، نمک های معدنی، نیتروژن، اکسیژن و فلزات است.

سوخت بر اساس حالت تجمع آنها به مایع، جامد و گاز تقسیم می شود. هر گروه به یک زیر گروه طبیعی و مصنوعی (+) منشعب می شود.

وقتی 1 کیلوگرم از چنین "مخلوطی" سوزانده شود، مقادیر متفاوتی انرژی آزاد می شود. اینکه دقیقا چه مقدار از این انرژی آزاد می شود به نسبت این عناصر - قسمت قابل احتراق، رطوبت، محتوای خاکستر و سایر اجزا بستگی دارد.

گرمای احتراق سوخت (TCF) از دو سطح تشکیل می شود - بالاترین و پایین ترین. شاخص اول به دلیل تراکم آب به دست می آید؛ در مورد دوم، این عامل در نظر گرفته نمی شود.

کمترین TCT برای محاسبه نیاز به سوخت و هزینه آن مورد نیاز است؛ با کمک چنین شاخص هایی، تعادل حرارتی تنظیم شده و کارایی تاسیسات سوخت سوز تعیین می شود.

TST را می توان به صورت تحلیلی یا تجربی محاسبه کرد. اگر ترکیب شیمیایی سوخت مشخص باشد، از فرمول دوره ای استفاده می شود. تکنیک های تجربی بر اساس اندازه گیری واقعی حرارت حاصل از احتراق سوخت است.

در این موارد، از یک بمب احتراق ویژه استفاده می شود - یک کالریمتری، همراه با یک کالریمتر و یک ترموستات.

ویژگی های محاسبات برای هر نوع سوخت فردی است. مثال: TST در موتورها احتراق داخلیاز کمترین مقدار محاسبه می شود، زیرا مایع در سیلندرها متراکم نمی شود.

پارامترهای مواد مایع

مواد مایع مانند مواد جامد به اجزای زیر تجزیه می شوند: کربن، هیدروژن، گوگرد، اکسیژن، نیتروژن. درصد بر حسب وزن بیان می شود.

بالاست آلی داخلی سوخت از اکسیژن و نیتروژن تشکیل می شود؛ این اجزا نمی سوزند و به صورت مشروط در ترکیب گنجانده می شوند. بالاست خارجی از رطوبت و خاکستر تشکیل می شود.

بنزین گرمای ویژه احتراق بالایی دارد. بسته به مارک 43-44 MJ است.

شاخص های مشابهی از گرمای ویژه احتراق برای نفت سفید هوانوردی - 42.9 MJ تعیین می شود. سوخت دیزل نیز از نظر ارزش حرارتی در دسته رهبران قرار می گیرد - 43.4-43.6 MJ.

سوخت مایع موشک و اتیلن گلیکول با مقادیر TCT نسبتا پایین مشخص می شود. الکل و استون حداقل حرارت مخصوص احتراق را دارند. عملکرد آنها به طور قابل توجهی کمتر از سوخت موتور سنتی است.

خواص سوخت های گازی

سوخت گازی از مونوکسید کربن، هیدروژن، متان، اتان، پروپان، بوتان، اتیلن، بنزن، سولفید هیدروژن و سایر اجزا تشکیل شده است. این ارقام به صورت درصد حجمی بیان می شوند.

هیدروژن بالاترین گرمای احتراق را دارد. هنگامی که یک کیلوگرم ماده می سوزد، 119.83 مگا ژول گرما آزاد می کند. اما درجه انفجاری بالاتری دارد

گاز طبیعی نیز دارای ارزش حرارتی بالایی است.

آنها برابر با 41-49 مگا ژول در هر کیلوگرم هستند. اما، به عنوان مثال، متان خالص ارزش حرارتی بالاتری دارد - 50 مگا ژول در هر کیلوگرم.

جدول مقایسه ای شاخص ها

جدول مقادیر گرمای ویژه جرم احتراق سوخت مایع، جامد و گاز را نشان می دهد.

نوع سوخت	واحد تغییر دادن	گرمای ویژه احتراق
		ام جی	کیلووات	کیلو کالری
هیزم: بلوط، توس، زبان گنجشک، راش، ممرز	کیلوگرم	15	4,2	2500
هیزم: کاج اروپایی، کاج، صنوبر	کیلوگرم	15,5	4,3	2500
زغال سنگ قهوه ای	کیلوگرم	12,98	3,6	3100
زغال سنگ	کیلوگرم	27,00	7,5	6450
زغال چوبی	کیلوگرم	27,26	7,5	6510
آنتراسیت	کیلوگرم	28,05	7,8	6700
گلوله های چوبی	کیلوگرم	17,17	4,7	4110
گلوله های نی	کیلوگرم	14,51	4,0	3465
گلوله آفتابگردان	کیلوگرم	18,09	5,0	4320
خاک اره	کیلوگرم	8,37	2,3	2000
کاغذ	کیلوگرم	16,62	4,6	3970
تاک	کیلوگرم	14,00	3,9	3345
گاز طبیعی	m 3	33,5	9,3	8000
گاز مایع	کیلوگرم	45,20	12,5	10800
بنزین	کیلوگرم	44,00	12,2	10500
دیس سوخت	کیلوگرم	43,12	11,9	10300
متان	m 3	50,03	13,8	11950
هیدروژن	m 3	120	33,2	28700
نفت سفید	کیلوگرم	43.50	12	10400
نفت سیاه	کیلوگرم	40,61	11,2	9700
روغن	کیلوگرم	44,00	12,2	10500
پروپان	m 3	45,57	12,6	10885
اتیلن	m 3	48,02	13,3	11470

جدول نشان می دهد که هیدروژن بالاترین شاخص TST را در بین همه مواد دارد، نه فقط مواد گازی. متعلق به سوخت های پر انرژی است.

محصول احتراق هیدروژن آب معمولی است. این فرآیند سرباره کوره، خاکستر، دی اکسید کربن و دی اکسید کربن را منتشر نمی کند، که این ماده را به یک ماده قابل احتراق دوستدار محیط زیست تبدیل می کند. اما انفجاری است و چگالی کمی دارد، بنابراین مایع شدن و حمل و نقل این سوخت دشوار است.

نتیجه گیری و فیلم مفید در مورد موضوع

در مورد ارزش حرارتی انواع چوب. مقایسه شاخص ها در متر 3 و کیلوگرم.

TCT مهمترین ویژگی حرارتی و عملیاتی سوخت است. این شاخص در زمینه های مختلف فعالیت انسان استفاده می شود: موتورهای حرارتی، نیروگاه ها، صنعت، گرمایش خانه و پخت و پز.

مقادیر کالری به مقایسه انواع سوخت با توجه به میزان انرژی آزاد شده، محاسبه جرم مورد نیاز سوخت و صرفه جویی در هزینه ها کمک می کند.

آیا چیزی برای اضافه کردن یا سوالی در مورد ارزش حرارتی انواع سوخت دارید؟ می توانید نظرات خود را در مورد انتشار بگذارید و در بحث ها شرکت کنید - فرم تماس در بلوک پایینی است.

جداول گرمای ویژه جرم احتراق سوخت (مایع، جامد و گاز) و برخی مواد قابل احتراق دیگر را نشان می دهد. سوخت های زیر در نظر گرفته شد: زغال سنگ، هیزم، کک، پیت، نفت سفید، نفت، الکل، بنزین، گاز طبیعی و غیره.

لیست جداول:

در طی واکنش گرمازا اکسیداسیون سوخت، انرژی شیمیایی آن با آزاد شدن مقدار معینی گرما به انرژی حرارتی تبدیل می شود. انرژی حرارتی حاصل را معمولاً گرمای احتراق سوخت می نامند. این به ترکیب شیمیایی، رطوبت آن بستگی دارد و اصلی ترین است. گرمای احتراق سوخت به ازای هر 1 کیلوگرم جرم یا 1 متر مکعب از حجم، گرمای ویژه جرمی یا حجمی احتراق را تشکیل می دهد.

گرمای ویژه احتراق یک سوخت مقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل یک واحد جرم یا حجم سوخت جامد، مایع یا گاز آزاد می شود. در سیستم بین المللی واحدها، این مقدار بر حسب J/kg یا J/m 3 اندازه گیری می شود.

گرمای ویژه احتراق یک سوخت را می توان به صورت تجربی یا تحلیلی محاسبه کرد.روش‌های آزمایشی برای تعیین ارزش حرارتی بر اساس اندازه‌گیری عملی مقدار گرمای آزاد شده هنگام سوختن سوخت است، برای مثال در یک کالری‌سنج با ترموستات و یک بمب احتراق. برای سوخت با شناخته شده ترکیب شیمیاییگرمای ویژه احتراق را می توان با استفاده از فرمول مندلیف تعیین کرد.

گرمای ویژه احتراق بیشتر و کمتر است.ارزش حرارتی بالاتر برابر است با حداکثر مقدار گرمای آزاد شده در طی احتراق کامل سوخت، با در نظر گرفتن گرمای صرف شده برای تبخیر رطوبت موجود در سوخت. کمترین گرمای احتراق کمتر از بالاترین مقدار گرمای تراکم است که از رطوبت سوخت و هیدروژن توده آلی تشکیل می شود که در طی احتراق به آب تبدیل می شود.

برای تعیین شاخص های کیفیت سوخت و همچنین در محاسبات حرارتی معمولاً از حرارت مخصوص احتراق کمتر استفاده می کنندکه مهمترین مشخصه حرارتی و عملکردی سوخت است و در جداول زیر نشان داده شده است.

گرمای ویژه احتراق سوخت جامد (زغال سنگ، هیزم، ذغال سنگ نارس، کک)

جدول مقادیر گرمای ویژه احتراق سوخت جامد خشک را در ابعاد MJ/kg نشان می دهد. سوخت در جدول بر اساس نام به ترتیب حروف الفبا مرتب شده است.

از بین سوخت‌های جامد در نظر گرفته شده، زغال سنگ کک‌سازی بالاترین ارزش حرارتی را دارد - گرمای ویژه احتراق آن 36.3 MJ/kg (یا در واحدهای SI 36.3·10 6 J/kg) است. علاوه بر این، ارزش حرارتی بالا مشخصه زغال سنگ سخت، آنتراسیت، زغال سنگ و زغال سنگ قهوه ای است.

سوخت هایی با راندمان انرژی پایین عبارتند از چوب، هیزم، باروت، پیت آسیاب و شیل نفتی. به عنوان مثال، گرمای ویژه احتراق هیزم 8.4...12.5 و باروت تنها 3.8 MJ/kg است.

گرمای ویژه احتراق سوخت جامد (زغال سنگ، هیزم، ذغال سنگ نارس، کک)

سوخت
آنتراسیت	26,8…34,8
گلوله های چوبی (گلوله)	18,5
هیزم خشک	8,4…11
هیزم خشک توس	12,5
کک گاز	26,9
کک انفجاری	30,4
نیمه کک	27,3
پودر	3,8
سنگ لوح	4,6…9
شیل نفتی	5,9…15
سوخت جامد موشک	4,2…10,5
ذغال سنگ نارس	16,3
ذغال سنگ نارس فیبری	21,8
ذغال سنگ نارس آسیاب شده	8,1…10,5
خرده ذغال سنگ نارس	10,8
زغال سنگ قهوه ای	13…25
زغال سنگ قهوه ای (بریق)	20,2
زغال سنگ قهوه ای (گرد و غبار)	25
زغال سنگ دونتسک	19,7…24
زغال چوبی	31,5…34,4
زغال سنگ	27
زغال سنگ کک	36,3
زغال سنگ کوزنتسک	22,8…25,1
زغال سنگ چلیابینسک	12,8
زغال سنگ اکیبستوز	16,7
فرستورف	8,1
سرباره	27,5

گرمای ویژه احتراق سوخت های مایع (الکل، بنزین، نفت سفید، نفت)

جدولی از گرمای ویژه احتراق سوخت مایع و برخی مایعات آلی دیگر ارائه شده است. لازم به ذکر است که سوخت هایی مانند بنزین، گازوئیل و نفت در حین احتراق آزاد شدن حرارت بالایی دارند.

گرمای ویژه احتراق الکل و استون به طور قابل توجهی کمتر از سوخت موتورهای سنتی است. همچنین سوخت مایع موشک دارای ارزش حرارتی نسبتاً کمی است و با احتراق کامل 1 کیلوگرم از این هیدروکربن ها، به ترتیب 9.2 و 13.3 مگا ژول گرما آزاد می شود.

گرمای ویژه احتراق سوخت های مایع (الکل، بنزین، نفت سفید، نفت)

سوخت	گرمای ویژه احتراق، MJ/kg
استون	31,4
بنزین A-72 (GOST 2084-67)	44,2
بنزین هواپیمایی B-70 (GOST 1012-72)	44,1
بنزین AI-93 (GOST 2084-67)	43,6
بنزن	40,6
سوخت دیزل زمستانی (GOST 305-73)	43,6
سوخت دیزل تابستانی (GOST 305-73)	43,4
سوخت مایع موشک (نفت سفید + اکسیژن مایع)	9,2
نفت سفید هوانوردی	42,9
نفت سفید برای روشنایی (GOST 4753-68)	43,7
زایلن	43,2
نفت کوره با گوگرد بالا	39
نفت کوره کم گوگرد	40,5
نفت کوره کم گوگرد	41,7
نفت کوره گوگردی	39,6
متیل الکل (متانول)	21,1
n-بوتیل الکل	36,8
روغن	43,5…46
روغن متان	21,5
تولوئن	40,9
روح سفید (GOST 313452)	44
اتیلن گلیکول	13,3
اتیل الکل (اتانول)	30,6

گرمای ویژه احتراق سوخت های گازی و گازهای قابل احتراق

جدولی از گرمای ویژه احتراق سوخت گازی و برخی گازهای قابل احتراق دیگر در ابعاد MJ/kg ارائه شده است. از بین گازهای در نظر گرفته شده، دارای بالاترین گرمای ویژه جرم احتراق است. احتراق کامل یک کیلوگرم از این گاز 119.83 مگا ژول گرما آزاد می کند. همچنین سوختی مانند گاز طبیعی دارای ارزش حرارتی بالایی است - گرمای ویژه احتراق گاز طبیعی 41...49 MJ/kg است (برای گاز خالص 50 MJ/kg است).

گرمای ویژه احتراق سوخت گازی و گازهای قابل احتراق (هیدروژن، گاز طبیعی، متان)

سوخت	گرمای ویژه احتراق، MJ/kg
1-بوتن	45,3
آمونیاک	18,6
استیلن	48,3
هیدروژن	119,83
هیدروژن، مخلوط با متان (50% H2 و 50% CH4 وزنی)	85
هیدروژن، مخلوط با متان و مونوکسید کربن (33-33-33 درصد وزنی)	60
هیدروژن، مخلوط با مونوکسید کربن (50% H 2 50 % CO 2 وزنی)	65
گاز کوره بلند	3
گاز کوره کک	38,5
گاز هیدروکربن مایع LPG (پروپان بوتان)	43,8
ایزوبوتان	45,6
متان	50
n-بوتان	45,7
n-هگزان	45,1
n-پنتان	45,4
گاز مرتبط	40,6…43
گاز طبیعی	41…49
پروپادین	46,3
پروپان	46,3
پروپیلن	45,8
پروپیلن، مخلوط با هیدروژن و مونوکسید کربن (90%-9%-1% وزنی)	52
اتان	47,5
اتیلن	47,2

گرمای ویژه احتراق برخی از مواد قابل احتراق

جدولی از گرمای ویژه احتراق برخی مواد قابل احتراق (چوب، کاغذ، پلاستیک، نی، لاستیک و غیره) ارائه می شود. موادی که در حین احتراق گرما آزاد می شوند باید توجه داشت. چنین موادی عبارتند از: لاستیک از انواع مختلف، پلی استایرن منبسط شده (فوم)، پلی پروپیلن و پلی اتیلن.

گرمای ویژه احتراق برخی مواد قابل احتراق

سوخت	گرمای ویژه احتراق، MJ/kg
کاغذ	17,6
چرم	21,5
چوب (میله با رطوبت 14 درصد)	13,8
چوب در پشته	16,6
چوب بلوط	19,9
چوب صنوبر	20,3
سبز چوبی	6,3
چوب کاج	20,9
کاپرون	31,1
محصولات کربولیت	26,9
مقوا	16,5
لاستیک استایرن بوتادین SKS-30AR	43,9
لاستیک طبیعی	44,8
لاستیک مصنوعی	40,2
لاستیکی SKS	43,9
لاستیک کلروپرن	28
مشمع کف اتاق پلی وینیل کلراید	14,3
مشمع کف اتاق دو لایه پلی وینیل کلراید	17,9
مشمع کف اتاق پلی وینیل کلراید بر اساس نمد	16,6
مشمع کف اتاق با پایه گرم پلی وینیل کلرید	17,6
مشمع کف اتاق پلی وینیل کلرید بر پایه پارچه	20,3
مشمع کف اتاق لاستیکی (Relin)	27,2
پارافین پارافین	11,2
فوم پلی استایرن PVC-1	19,5
فوم پلاستیک FS-7	24,4
فوم پلاستیک FF	31,4
پلی استایرن منبسط شده PSB-S	41,6
فوم پلی اورتان	24,3
تخته فیبر	20,9
پلی وینیل کلراید (PVC)	20,7
پلی کربنات	31
پلی پروپیلن	45,7
پلی استایرن	39
پلی اتیلن فشار قوی	47
پلی اتیلن کم فشار	46,7
لاستیک	33,5
روبروئید	29,5
دوده کانال	28,3
هی	16,7
پوشال	17
شیشه ارگانیک (پلکسی گلاس)	27,7
تکستولیت	20,9
به من	16
TNT	15
پنبه	17,5
سلولز	16,4
پشم و الیاف پشم	23,1

منابع:

1. GOST 147-2013 سوخت معدنی جامد. تعیین ارزش حرارتی بالاتر و محاسبه ارزش حرارتی کمتر.
2. GOST 21261-91 فرآورده های نفتی. روشی برای تعیین ارزش حرارتی بالاتر و محاسبه ارزش حرارتی کمتر.
3. GOST 22667-82 گازهای قابل اشتعال طبیعی. روش محاسبه برای تعیین ارزش حرارتی، چگالی نسبی و عدد Wobbe.
4. GOST 31369-2008 گاز طبیعی. محاسبه ارزش حرارتی، چگالی، چگالی نسبی و عدد Wobbe بر اساس ترکیب اجزا.
5. Zemsky G. T. خواص اشتعال پذیر مواد معدنی و آلی: کتاب مرجع M.: VNIIPO، 2016 - 970 p.