Pouvoir calorifique de divers types de combustibles. Analyse comparative
Dans cette leçon, nous allons apprendre à calculer la quantité de chaleur dégagée par le carburant lors de la combustion. De plus, tenez compte des caractéristiques du carburant - la chaleur spécifique de combustion.
Étant donné que toute notre vie est basée sur le mouvement, et que le mouvement est principalement basé sur la combustion de carburant, l'étude de ce sujet est très importante pour comprendre le sujet " phénomènes thermiques».
Après avoir étudié les questions liées à la quantité de chaleur et chaleur spécifique, considérons la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion du carburant.
Définition
Le carburant- une substance qui dans certains processus (combustion, réactions nucléaires) dégage de la chaleur. Est une source d'énergie.
Le carburant arrive solide, liquide et gazeux(Fig. 1).
Riz. 1. Types de carburant
- Les combustibles solides sont charbon et tourbe.
- Les combustibles liquides sont pétrole, essence et autres produits pétroliers.
- Les combustibles gazeux comprennent gaz naturel.
- Séparément, on peut distinguer un très commun ces derniers temps combustible nucléaire.
La combustion de carburant est un processus chimique qui est oxydatif. Lors de la combustion, les atomes de carbone se combinent avec les atomes d'oxygène pour former des molécules. En conséquence, de l'énergie est libérée, qu'une personne utilise à ses propres fins (Fig. 2).
Riz. 2. Formation de dioxyde de carbone
Pour caractériser le carburant, une telle caractéristique est utilisée comme Valeur calorifique. Le pouvoir calorifique indique la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion du combustible (Fig. 3). En physique calorifique, le concept correspond chaleur spécifique de combustion d'une substance.
Riz. 3. Chaleur spécifique la combustion
Définition
Chaleur spécifique de combustion - quantité physique, qui caractérise le carburant, est numériquement égal à la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète du carburant.
La chaleur spécifique de combustion est généralement désignée par la lettre . Unités:
Dans les unités de mesure, il n'y a pas de , car la combustion du carburant se produit à une température presque constante.
La chaleur spécifique de combustion est déterminée empiriquement à l'aide d'instruments sophistiqués. Cependant, il existe des tables spéciales pour résoudre les problèmes. Ci-dessous, nous donnons les valeurs de la chaleur spécifique de combustion pour certains types de combustibles.
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Substance |
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Tableau 4. Chaleur spécifique de combustion de certaines substances
D'après les valeurs données, on peut voir que lors de la combustion, une énorme quantité de chaleur est libérée, de sorte que les unités de mesure (mégajoules) et (gigajoules) sont utilisées.
Pour calculer la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion du carburant, la formule suivante est utilisée :
Ici : - masse de carburant (kg), - chaleur spécifique de combustion du carburant ().
En conclusion, nous notons que la majeure partie du carburant utilisé par l'humanité est stockée à l'aide de l'énergie solaire. Charbon, pétrole, gaz - tout cela s'est formé sur Terre en raison de l'influence du Soleil (Fig. 4).
Riz. 4. Formation de carburant
Dans la prochaine leçon, nous parlerons de la loi de conservation et de transformation de l'énergie dans les processus mécaniques et thermiques.
ListeLittérature
- Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Éd. Orlova V.A., Roizena I.I. Physique 8.-M. : Mnemosyne.
- Perychkine A.V. Physique 8.-M. : Outarde, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Physique 8.-M. : Lumières.
- Portail Internet "festival.1september.ru" ()
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- Portail Internet "stringer46.narod.ru" ()
Devoirs
Développement de la leçon (notes de cours)
Ligne UMK A. V. Perychkine. Physique (7-9)
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"Pour réchauffer les autres, la bougie doit s'éteindre"
M. Faraday.
Cible: Etudier les enjeux de l'utilisation de l'énergie interne du combustible, le dégagement de chaleur lors de la combustion du combustible.
Objectifs de la leçon:
éducatif:
- répéter et consolider les connaissances sur la matière couverte;
- introduire le concept d'énergie combustible, chaleur spécifique de combustion du combustible ;
- continuer à développer des compétences dans la résolution de problèmes informatiques.
développement:
- développer la pensée analytique;
- développer la capacité de travailler avec des tableaux et de tirer des conclusions ;
- développer la capacité des élèves à formuler des hypothèses, à les argumenter, à exprimer leurs pensées à haute voix avec compétence;
- développer l'observation et l'attention.
éducatif:
- faire monter attitude prudenteà l'utilisation des ressources énergétiques ;
- cultiver l'intérêt pour le sujet en montrant le lien entre le matériel étudié et la vie réelle;
- développer des compétences en communication.
Résultats par sujet :
Les apprenants doivent savoir :
- la chaleur spécifique de combustion d'un carburant est une grandeur physique indiquant la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'un carburant pesant 1 kg ;
- lorsque le carburant est brûlé, une énergie importante est libérée, qui est utilisée dans la vie quotidienne, l'industrie, l'agriculture, les centrales électriques et le transport routier ;
- une unité de mesure de la chaleur spécifique de combustion du carburant.
Les apprenants doivent être capables de :
- expliquer le processus de libération d'énergie lors de la combustion du carburant ;
- utilisez le tableau de la chaleur spécifique de combustion du carburant;
- comparer la chaleur spécifique de combustion du carburant diverses substances et l'énergie dégagée lors de la combustion diverses sortes le carburant.
Les étudiants doivent postuler :
- formule de calcul de l'énergie dégagée lors de la combustion du carburant.
Type de leçon : leçon d'apprentissage de nouveau matériel.
Équipement: une bougie, une assiette, un verre, une feuille de plante, du combustible sec, 2 lampes à alcool, de l'essence, de l'alcool, 2 éprouvettes d'eau.
Pendant les cours
1. Moment organisationnel.
Accueillir les élèves, vérifier l'état de préparation pour la leçon.
On sait que le grand scientifique M. V. Lomonosov a travaillé sur le traité "Réflexions sur la cause de la chaleur et du froid" en 1744. Les phénomènes thermiques jouent un rôle énorme dans le monde qui nous entoure, dans la vie de l'homme, des plantes, des animaux, ainsi que dans la technologie.
Vérifions dans quelle mesure vous avez maîtrisé ces connaissances.
2. Motivation pour les activités d'apprentissage.
Avez-vous des questions devoirs? Voyons comment vous l'avez géré :
- deux étudiants présentent la solution des problèmes à la maison sur le tableau noir.
1) Déterminez l'humidité absolue de l'air dans un garde-manger d'un volume de 10 m 3 s'il contient de la vapeur d'eau pesant 0,12 kg.
2) La pression de vapeur d'eau dans l'air est de 0,96 kPa, l'humidité relative de l'air est de 60 %. Quelle est la pression de vapeur d'eau saturée à la même température ?
- 1 élève (Dima) remplit le schéma au tableau ;
tâche : signer à côté de chaque flèche le nom des processus et la formule de calcul de la quantité de chaleur dans chacun d'eux
- En attendant, les gars travaillent au tableau noir, nous allons terminer une autre tâche.
Regardez le texte affiché sur la diapositive et trouvez les erreurs physiques que l'auteur y a faites (suggérez la bonne réponse) :
1) Par une belle journée ensoleillée, les gars sont allés camper. Pour qu'il fasse moins chaud, les mecs se sont habillés en costumes sombres. Le soir, il est devenu frais, mais après la baignade il faisait plus chaud. Les gars se versaient du thé chaud dans des tasses en fer et le buvaient avec plaisir, sans se bruler. C'était très cool !!!
Réponse : l'obscurité absorbe davantage la chaleur ; lors de l'évaporation, la température corporelle diminue; La conductivité thermique des métaux est plus grande, donc ça chauffe plus.
2) Se réveillant plus tôt que d'habitude, Vasya se souvint immédiatement qu'à huit heures du matin, il avait convenu avec Tolya d'aller à la rivière pour regarder la dérive des glaces. Vasya a couru dans la rue, Tolya était déjà là. "Voilà le temps qu'il fait aujourd'hui ! - au lieu d'un salut, dit-il avec admiration. "Quel soleil, et la température le matin est de -2 degrés Celsius." "Non, -4", a objecté Vasya. Les garçons se sont disputés, puis ont réalisé ce qui n'allait pas. "J'ai un thermomètre dans le vent, et vous l'avez dans un endroit isolé, alors le vôtre et montre plus”, devina Tolya. Et les garçons ont couru pataugeant dans les flaques d'eau.
Réponse : en présence de vent, l'évaporation se produit plus intensément, le premier thermomètre doit donc indiquer une température plus basse ; À des températures inférieures à 00C, l'eau gèle.
Bravo, toutes les erreurs ont été trouvées correctement.
Vérifions l'exactitude de la solution des problèmes (les élèves qui ont résolu les problèmes commentent leur solution).
Et maintenant, vérifions comment Dima a fait face à sa tâche.
Dima a-t-il correctement nommé toutes les transitions de phase ? Que se passe-t-il lorsqu'un bâton en bois est placé dans une flamme ? (Elle va brûler)
Vous avez correctement remarqué que le processus de combustion est en cours.
Probablement, vous avez déjà deviné de quoi nous allons parler aujourd'hui (émettre des hypothèses).
À quelles questions pensez-vous que nous pourrons répondre à la fin de la leçon ?
- comprendre la signification physique du processus de combustion ;
- découvrir ce qui détermine la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion;
- découvrir l'application de ce processus dans la vie, dans la vie de tous les jours, etc.
3. Nouveau matériel.
Chaque jour, nous pouvons observer comment le gaz naturel brûle dans un brûleur de cuisinière. C'est le processus de combustion.
Expérience numéro 1. La bougie est fixée au fond de la plaque avec de la pâte à modeler. Allumez une bougie, puis fermez-la avec un bocal. Quelques instants plus tard, la flamme de la bougie s'éteindra.
Une situation problématique se crée, à la solution de laquelle les élèves concluent : la bougie brûle en présence d'oxygène.
Questions pour la classe :
Qu'est-ce qui est impliqué dans le processus de combustion?
Pourquoi la bougie s'éteint-elle ? Quelles sont les conditions dans lesquelles la combustion a lieu ?
De quoi l'énergie est-elle libérée ?
Pour ce faire, rappelez-vous la structure de la matière.
De quoi est faite la substance ? (des molécules, des molécules des atomes)
Quels types d'énergie possède une molécule? (cinétique et potentiel)
Une molécule peut-elle être divisée en atomes ? (Oui)
Pour diviser les molécules en atomes, il est nécessaire de vaincre les forces d'attraction des atomes, ce qui signifie qu'il faut travailler, c'est-à-dire dépenser de l'énergie.
Lorsque les atomes se combinent pour former une molécule, au contraire, de l'énergie est libérée. Une telle combinaison d'atomes en molécules se produit lors de la combustion du carburant. Le carburant conventionnel contient du carbone. Vous avez correctement déterminé que la combustion est impossible sans accès à l'air. Lors de la combustion, les atomes de carbone se combinent aux atomes d'oxygène dans l'air, formant une molécule de dioxyde de carbone et libérant de l'énergie sous forme de chaleur.
Et maintenant, menons une expérience et voyons la combustion simultanée de plusieurs types de carburant: essence, carburant sec, alcool et paraffine (Expérience n° 2).
Qu'est-ce qui est commun et en quoi la combustion de chaque type de carburant est-elle différente ?
Oui, lorsqu'une substance est brûlée, d'autres produits de combustion se forment. Par exemple, lorsque du bois est brûlé, il reste des cendres et du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone et d'autres gaz sont libérés. .
Mais, le but principal du combustible est de donner de la chaleur !
Regardons une autre expérience.
Expérience #3 :(sur deux lampes à alcool identiques : l'une remplie d'essence, l'autre d'alcool, la même quantité d'eau est chauffée).
Question d'expérience :
Quelle énergie est utilisée pour chauffer l'eau ?
Et comment déterminer la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer l'eau ?
Dans quel cas l'eau a-t-elle bouilli plus vite ?
Quelle conclusion peut-on tirer de l'expérience ?
Quel carburant, alcool ou essence, dégageait le plus de chaleur lors d'une combustion complète ? (l'essence chauffe plus que l'alcool).
Enseignant : Une quantité physique indiquant la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'un carburant pesant 1 kg est appelée la chaleur spécifique de combustion du carburant, désignée par la lettre q. Unité de mesure J/kg.
La chaleur spécifique de combustion est déterminée expérimentalement avec des instruments assez complexes.
Les résultats des données expérimentales sont présentés dans le tableau du manuel (p. 128).
Travaillons avec ce tableau.
Questions de tableau :
- Quelle est la chaleur spécifique de combustion de l'essence ? (44 MJ/kg)
- Qu'est-ce que ça veut dire? (Cela signifie que la combustion complète d'essence pesant 1 kg libère 44 MJ d'énergie).
- Quelle substance a la plus faible chaleur spécifique de combustion ? (bois de chauffage).
- Quel combustible produit le plus de chaleur lorsqu'il est brûlé ? (l'hydrogène, car sa chaleur spécifique de combustion est supérieure aux autres).
- Quelle est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion de 2 kg d'alcool ? Comment l'avez-vous défini ?
- Que faut-il savoir pour calculer la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion ?
Ils concluent que pour trouver la quantité de chaleur, il est nécessaire de connaître non seulement la chaleur spécifique de combustion du carburant, mais également sa masse.
Cela signifie que la quantité totale de chaleur Q (J) dégagée lors de la combustion complète de m (kg) combustible est calculée par la formule : Q = q · m
Écrivons dans un cahier.
Et comment trouver la masse de combustible à partir de cette formule ?
Exprimez la chaleur spécifique de combustion à partir de la formule. (Vous pouvez appeler l'élève au tableau pour écrire des formules)
Minute d'éducation physique
Nous sommes fatigués. Détendons-nous un peu. Redressez votre dos. Redressez vos épaules. Je nommerai le carburant, et si vous pensez qu'il est solide, baissez la tête, s'il est liquide, puis levez les mains, et s'il est gazeux, tirez vos mains vers l'avant.
Le charbon est dur.
Le gaz naturel est gazeux.
L'huile est liquide.
Le bois est solide.
L'essence est liquide.
La tourbe est dure.
L'anthracite est dur.
Le kérosène est liquide.
Le gaz de four à coke est gazeux.
Bien fait! Les plus attentifs et les plus sportifs que nous ayons... Asseyez-vous.
Prof: Les mecs! Réfléchissons à la question: "Le processus de combustion est un ami ou un ennemi pour une personne?"
Expérience numéro 4. Répétons l'expérience avec une bougie allumée, mais maintenant nous plaçons une feuille d'une plante à côté des bougies.
Voyez ce qui est arrivé à la plante à côté de la flamme de la bougie ?
Ce. lors de l'utilisation de carburant, il ne faut pas oublier les effets nocifs des produits de combustion sur les organismes vivants.
4. Fixation.
Les gars, dites-moi s'il vous plaît, qu'est-ce que le carburant pour nous ? La nourriture joue le rôle de carburant dans le corps humain. Différents types d'aliments, comme différents types de carburant, contiennent une quantité d'énergie différente. (Montrez le tableau sur l'ordinateur "Valeur calorifique spécifique des produits alimentaires").
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Pouvoir calorifique spécifique du carburant q, MJ/kg |
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pain de blé |
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pain de seigle |
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Pomme de terre |
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Bœuf |
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Viande de poulet |
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Le beurre |
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Fromage cottage gras |
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Huile de tournesol |
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Grain de raisin |
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Rouleau au chocolat |
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Crème glacée crémeuse |
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Kirieshki |
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Thé sucré |
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"Coca Cola" |
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Cassis |
Je vous suggère de vous réunir en groupes (1 et 2, 3 et 4 pupitres) et d'effectuer les tâches suivantes (selon le polycopié). Vous avez 5 minutes pour terminer, après quoi nous discuterons des résultats.
Tâches pour les groupes :
- Groupe 1 : lors de la préparation des cours de 2 heures, vous dépensez 800 kJ d'énergie. Reconstituerez-vous votre réserve d'énergie si vous mangez un paquet de chips de 28 g et buvez un verre de Coca-Cola (200 g) ?
- Groupe 2 : jusqu'où peut monter une personne de 70 kg si elle mange un sandwich au beurre (100g pain de blé et 50 g de beurre).
- Groupe 3 : vous suffit-il de consommer 100 g de fromage blanc, 50 g de pain de blé, 50 g de bœuf et 100 g de pommes de terre, 200 g de thé sucré (1 verre) dans la journée. Quantité requise l'énergie pour un élève de 8e année est de 1,2 MJ.
- Groupe 4 : à quelle vitesse doit courir un athlète de 60 kg s'il mange un sandwich au beurre (100 g de pain de blé et 50 g de beurre).
- Groupe 5 : quelle quantité de chocolat un adolescent de 55 kg peut-il manger pour reconstituer l'énergie qu'il a dépensée en lisant un livre en position assise ? (Dans une heure)
Consommation énergétique approximative d'un adolescent de 55 kg en 1 heure pour diverses activités
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faire la vaisselle |
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Préparation des cours |
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Lecture pour soi |
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Assis (au repos) |
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exercice physique |
- Groupe 6 : Un sportif de 70 kg retrouvera-t-il de l'énergie après 20 minutes de natation s'il mange 50 g de pain de seigle et 100 g de bœuf ?
Consommation énergétique approximative d'une personne en 1 heure pour différents types d'activités (pour 1 kg de masse)
Les groupes présentent la solution du problème sur une feuille de papier, puis vont tour à tour au tableau et l'expliquent.
5. Réflexion. Résumé de la leçon.
Rappelons-nous quelles tâches nous nous sommes fixées au début de la leçon ? Avons-nous tout réalisé ?
Les gars en cercle parlent en une phrase, en choisissant le début de la phrase sur l'écran réfléchissant du tableau :
- aujourd'hui j'ai découvert...
- c'etait intéressant…
- C'était difficile…
- J'ai fait des devoirs...
- J'ai réalisé que...
- Maintenant je peux…
- J'ai senti que...
- J'ai acheté...
- J'ai appris…
- Je me suis débrouillé …
- J'étais capable...
- J'essaierai…
- m'a surpris...
- m'a donné une leçon de vie...
- Je voulais…
1. Qu'avez-vous appris de nouveau dans la leçon ?
2. Ces connaissances seront-elles utiles dans la vie ?
Notation de la leçon pour les élèves les plus actifs.
6. Dz
- Paragraphe 10
- Tâche (1 au choix) :
- Niveau 1 : Quelle quantité de chaleur produisent 10 kg de charbon de bois lorsqu'ils sont brûlés ?
- Niveau 2 : La combustion complète du mazout libère 132 kJ d'énergie. Quelle masse d'huile a brûlé ?
- Niveau 3: quelle quantité de chaleur est dégagée lors de la combustion complète de 0,5 litre d'alcool (densité d'alcool 800 kg / m3)
L'humanité, au cours de son évolution, a appris à recevoir l'énérgie thermique en brûlant différents types le carburant. L'exemple le plus simple est un feu de bois, allumé peuple primitif, et depuis lors, la tourbe, le charbon, l'essence, le pétrole, le gaz naturel - ce sont tous des types de combustibles, brûlant qu'une personne reçoit de l'énergie thermique. Quelle est donc la chaleur spécifique de combustion ?
D'où vient la chaleur lors de la combustion ?
Le processus de combustion du carburant lui-même est une réaction chimique et oxydative. La plupart des carburants contiennent de grandes quantités de carbone C, d'hydrogène H, de soufre S et d'autres substances. Pendant la combustion, les atomes C, H et S se combinent avec les atomes d'oxygène O 2 , ce qui donne des molécules de CO, CO 2, H 2 O, SO 2. Dans ce cas, une grande quantité d'énergie thermique est libérée, que les gens ont appris à utiliser à leurs propres fins.
Riz. 1. Types de combustibles : charbon, tourbe, pétrole, gaz.
La principale contribution au dégagement de chaleur est apportée par le carbone C. La deuxième plus grande contribution est apportée par l'hydrogène H.
Riz. 2. Les atomes de carbone réagissent avec les atomes d'oxygène.
Quelle est la chaleur spécifique de combustion ?
La chaleur spécifique de combustion q est une grandeur physique égale à la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète de 1 kg de combustible.
La formule de la chaleur spécifique de combustion ressemble à ceci :
$$q=(Q \sur m)$$
Q est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion du carburant, J ;
m est la masse de carburant, kg.
L'unité de q dans le système international d'unités SI est le J/kg.
$$[q]=(J \plus de kg)$$
Pour désigner de grandes valeurs de q, des unités d'énergie hors système sont souvent utilisées : kilojoules (kJ), mégajoules (MJ) et gigajoules (GJ).
Les valeurs q pour différentes substances sont déterminées expérimentalement.
Connaissant q, on peut calculer la quantité de chaleur Q, qui résultera de la combustion du combustible de masse m :
Comment mesure-t-on la chaleur spécifique de combustion ?
Pour mesurer q, on utilise des appareils appelés calorimètres (calor - heat, metreo - measure).
Un récipient contenant une portion de carburant est brûlé à l'intérieur de l'appareil. Le récipient est placé dans de l'eau de masse connue. Suite à la combustion, la chaleur dégagée chauffe l'eau. La valeur de la masse d'eau et l'évolution de sa température permettent de calculer la chaleur de combustion. Ensuite, q est déterminé par la formule ci-dessus.
Riz. 3. Mesure de la chaleur spécifique de combustion.
Où trouver les valeurs q
Des informations sur les valeurs de chaleur spécifique de combustion pour des types de carburant spécifiques peuvent être trouvées dans des ouvrages de référence techniques ou dans leurs versions électroniques sur des ressources Internet. Ils sont généralement présentés sous la forme d'un tableau comme celui-ci :
Chaleur spécifique de combustion, q
Ressources explorées, espèces modernes le carburant est limité. Par conséquent, à l'avenir, ils seront remplacés par d'autres sources d'énergie :
- atomique, utilisant l'énergie des réactions nucléaires ;
- solaire, convertissant l'énergie du soleil en chaleur et en électricité ;
- vent;
- géothermique, utilisant la chaleur des sources chaudes naturelles.
Qu'avons-nous appris ?
Ainsi, nous avons appris pourquoi beaucoup de chaleur est dégagée lors de la combustion du carburant. Pour calculer la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion d'une certaine masse m de combustible, il est nécessaire de connaître la valeur q - la chaleur spécifique de combustion de ce combustible. Les valeurs de q ont été déterminées expérimentalement par des méthodes de calorimétrie et sont données dans des ouvrages de référence.
Questionnaire sur le sujet
Évaluation du rapport
Note moyenne: 4.2. Total des notes reçues : 65.
Lorsqu'une certaine quantité de carburant est brûlée, une quantité mesurable de chaleur est libérée. Selon le Système international d'unités, la valeur est exprimée en Joules par kg ou m 3. Mais les paramètres peuvent également être calculés en kcal ou en kW. Si la valeur est liée à l'unité de mesure du carburant, elle est dite spécifique.
Quelle est la valeur calorifique des différents combustibles ? Quelle est la valeur de l'indicateur pour les substances liquides, solides et gazeuses ? Les réponses à ces questions sont détaillées dans l'article. De plus, nous avons préparé un tableau indiquant la chaleur spécifique de combustion des matériaux - cette information sera utile lors du choix d'un type de combustible à haute énergie.
La libération d'énergie lors de la combustion doit être caractérisée par deux paramètres: un rendement élevé et l'absence de production de substances nocives.
Le carburant artificiel est obtenu dans le processus de traitement naturel -. Quel que soit l'état d'agrégation, les substances dans leur composition chimique ont une partie combustible et non combustible. Le premier est le carbone et l'hydrogène. Le second est constitué d'eau, de sels minéraux, d'azote, d'oxygène, de métaux.
Selon l'état d'agrégation, le combustible est divisé en liquide, solide et gaz. Chaque groupe se divise ensuite en un sous-groupe naturel et artificiel (+)
Lors de la combustion de 1 kg d'un tel "mélange", une quantité d'énergie différente est libérée. La quantité de cette énergie qui sera libérée dépend des proportions de ces éléments - la partie combustible, l'humidité, la teneur en cendres et d'autres composants.
La chaleur de combustion du carburant (HCT) est formée de deux niveaux - supérieur et inférieur. Le premier indicateur est obtenu en raison de la condensation de l'eau, dans le second ce facteur n'est pas pris en compte.
Le TCT le plus bas est nécessaire pour calculer le besoin en carburant et son coût, à l'aide de tels indicateurs, des bilans thermiques sont compilés et l'efficacité des installations alimentées au carburant est déterminée.
Le TST peut être calculé analytiquement ou expérimentalement. Si la composition chimique du carburant est connue, la formule de Mendeleïev est appliquée. Les procédures expérimentales sont basées sur la mesure réelle de la chaleur pendant la combustion du carburant.
Dans ces cas, une bombe à combustion spéciale est utilisée - une bombe calorimétrique avec un calorimètre et un thermostat.
Les caractéristiques des calculs sont individuelles pour chaque type de carburant. Exemple : TCT dans les moteurs combustion interne calculé à partir de la valeur la plus basse, car le liquide ne se condense pas dans les cylindres.
Paramètres des substances liquides
Les matériaux liquides, comme les solides, se décomposent en les composants suivants : carbone, hydrogène, soufre, oxygène, azote. Le pourcentage est exprimé en poids.
Le lest de combustible organique interne est formé d'oxygène et d'azote; ces composants ne brûlent pas et sont inclus dans la composition de manière conditionnelle. Le ballast extérieur est formé d'humidité et de cendres.
Une chaleur spécifique de combustion élevée est observée dans l'essence. Selon la marque, il est de 43-44 MJ.
Des indicateurs similaires de la chaleur spécifique de combustion sont également déterminés pour le kérosène d'aviation - 42,9 MJ. Le carburant diesel entre également dans la catégorie des leaders en termes de pouvoir calorifique - 43,4-43,6 MJ.
Des valeurs TST relativement faibles sont caractéristiques du carburant de fusée liquide, l'éthylène glycol. L'alcool et l'acétone diffèrent par la chaleur spécifique minimale de combustion. Leurs performances sont nettement inférieures à celles des carburants traditionnels.
Propriétés du combustible gazeux
Le combustible gazeux se compose de monoxyde de carbone, d'hydrogène, de méthane, d'éthane, de propane, de butane, d'éthylène, de benzène, de sulfure d'hydrogène et d'autres composants. Ces chiffres sont exprimés en pourcentage en volume.
L'hydrogène a la chaleur de combustion la plus élevée. En brûlant, un kilogramme d'une substance dégage 119,83 MJ de chaleur. Mais il a un haut degré d'explosivité.
Des pouvoirs calorifiques élevés sont également observés dans le gaz naturel.
Ils sont égaux à 41-49 MJ par kg. Mais, par exemple, le méthane pur a une chaleur de combustion plus élevée - 50 MJ par kg.
Tableau comparatif des indicateurs
Le tableau montre les valeurs de la chaleur massique de combustion des combustibles liquides, solides et gazeux.
| Type de carburant | Unité tour. | Chaleur spécifique de combustion | ||
| MJ | kW | kcal | ||
| Bois de chauffage : chêne, bouleau, frêne, hêtre, charme | kg | 15 | 4,2 | 2500 |
| Bois de chauffage : mélèze, pin, épicéa | kg | 15,5 | 4,3 | 2500 |
| charbon marron | kg | 12,98 | 3,6 | 3100 |
| Charbon | kg | 27,00 | 7,5 | 6450 |
| charbon | kg | 27,26 | 7,5 | 6510 |
| Anthracite | kg | 28,05 | 7,8 | 6700 |
| pellet de bois | kg | 17,17 | 4,7 | 4110 |
| Pastille de paille | kg | 14,51 | 4,0 | 3465 |
| pellet de tournesol | kg | 18,09 | 5,0 | 4320 |
| Sciure | kg | 8,37 | 2,3 | 2000 |
| Papier | kg | 16,62 | 4,6 | 3970 |
| Vigne | kg | 14,00 | 3,9 | 3345 |
| Gaz naturel | m 3 | 33,5 | 9,3 | 8000 |
| Gaz liquéfié | kg | 45,20 | 12,5 | 10800 |
| Essence | kg | 44,00 | 12,2 | 10500 |
| Diz. le carburant | kg | 43,12 | 11,9 | 10300 |
| Méthane | m 3 | 50,03 | 13,8 | 11950 |
| Hydrogène | m 3 | 120 | 33,2 | 28700 |
| Kérosène | kg | 43.50 | 12 | 10400 |
| essence | kg | 40,61 | 11,2 | 9700 |
| Pétrole | kg | 44,00 | 12,2 | 10500 |
| Propane | m 3 | 45,57 | 12,6 | 10885 |
| Éthylène | m 3 | 48,02 | 13,3 | 11470 |
Le tableau montre que l'hydrogène a le TST le plus élevé de toutes les substances, et pas seulement des substances gazeuses. Il fait partie des carburants à haute énergie.
Le produit de combustion de l'hydrogène est de l'eau ordinaire. Le processus n'émet pas de laitier de fournaise, de cendres, de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone, ce qui fait de la substance un combustible respectueux de l'environnement. Mais il est explosif et a une faible densité, de sorte qu'un tel carburant est difficile à liquéfier et à transporter.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Sur le pouvoir calorifique des différentes essences de bois. Comparaison des indicateurs par m 3 et kg.
TST est la caractéristique thermique et opérationnelle la plus importante du carburant. Cet indicateur est utilisé dans divers domaines de l'activité humaine : moteurs thermiques, centrales électriques, industrie, chauffage domestique et cuisine.
Les valeurs calorifiques aident à comparer différents types de carburant en termes de degré d'énergie libérée, à calculer la masse de carburant requise et à économiser sur les coûts.
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Les tableaux présentent la chaleur spécifique massique de combustion du combustible (liquide, solide et gazeux) et de certains autres matériaux combustibles. Les combustibles tels que : charbon, bois de chauffage, coke, tourbe, kérosène, pétrole, alcool, essence, gaz naturel, etc. sont pris en compte.
Liste des tableaux :
Dans une réaction d'oxydation exothermique du combustible, son énergie chimique est convertie en énergie thermique avec dégagement d'une certaine quantité de chaleur. L'énergie thermique qui en résulte est appelée la chaleur de combustion du combustible. Cela dépend de sa composition chimique, de son humidité et c'est le principal. Le pouvoir calorifique du combustible, rapporté à 1 kg de masse ou 1 m 3 de volume, forme le pouvoir calorifique spécifique massique ou volumétrique.
La chaleur spécifique de combustion d'un combustible est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'une unité de masse ou de volume de combustible solide, liquide ou gazeux. Dans le système international d'unités, cette valeur est mesurée en J / kg ou J / m 3.
La chaleur spécifique de combustion d'un combustible peut être déterminée expérimentalement ou calculée analytiquement. Les méthodes expérimentales de détermination du pouvoir calorifique reposent sur la mesure pratique de la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion du carburant, par exemple dans un calorimètre avec un thermostat et une bombe à combustion. Pour le carburant avec composition chimique la chaleur spécifique de combustion peut être déterminée à partir de la formule de Mendeleïev.
Il existe des chaleurs spécifiques de combustion supérieures et inférieures. Le pouvoir calorifique supérieur est égal à la quantité maximale de chaleur dégagée lors de la combustion complète du combustible, compte tenu de la chaleur dépensée pour l'évaporation de l'humidité contenue dans le combustible. La valeur calorifique inférieure est inférieure à la valeur supérieure de la valeur de la chaleur de condensation, qui est formée à partir de l'humidité du combustible et de l'hydrogène de la masse organique, qui se transforme en eau lors de la combustion.
Pour déterminer les indicateurs de qualité du carburant, ainsi que dans les calculs d'ingénierie thermique utilisent généralement la plus faible chaleur spécifique de combustion, qui est la caractéristique thermique et opérationnelle la plus importante du combustible et est donnée dans les tableaux ci-dessous.
Chaleur spécifique de combustion des combustibles solides (charbon, bois de chauffage, tourbe, coke)
Le tableau montre les valeurs de la chaleur spécifique de combustion du combustible solide sec dans l'unité de MJ/kg. Le carburant dans le tableau est classé par nom dans l'ordre alphabétique.
Parmi les combustibles solides considérés, le charbon à coke a le pouvoir calorifique le plus élevé - sa chaleur spécifique de combustion est de 36,3 MJ/kg (ou 36,3·10 6 J/kg en unités SI). De plus, le pouvoir calorifique élevé est caractéristique du charbon, de l'anthracite, du charbon de bois et du lignite.
Les combustibles à faible efficacité énergétique comprennent le bois, le bois de chauffage, la poudre à canon, le freztorf, le schiste bitumineux. Par exemple, la chaleur spécifique de combustion du bois de chauffage est de 8,4 ... 12,5 et la poudre à canon - seulement 3,8 MJ / kg.
| Le carburant | |
|---|---|
| Anthracite | 26,8…34,8 |
| Granulés de bois (granulés) | 18,5 |
| Bois de chauffage sec | 8,4…11 |
| Bois de chauffage de bouleau sec | 12,5 |
| coke de gaz | 26,9 |
| coke de haut fourneau | 30,4 |
| semi-coca | 27,3 |
| Poudre | 3,8 |
| Ardoise | 4,6…9 |
| Schiste bitumineux | 5,9…15 |
| Propulseur solide | 4,2…10,5 |
| Tourbe | 16,3 |
| tourbe fibreuse | 21,8 |
| Tourbe de broyage | 8,1…10,5 |
| Miettes de tourbe | 10,8 |
| charbon marron | 13…25 |
| Lignite (briquettes) | 20,2 |
| Lignite (poussière) | 25 |
| Charbon de Donetsk | 19,7…24 |
| charbon | 31,5…34,4 |
| Charbon | 27 |
| Charbon à coke | 36,3 |
| Charbon de Kouznetsk | 22,8…25,1 |
| Charbon de Tcheliabinsk | 12,8 |
| Charbon d'Ekibastuz | 16,7 |
| freztorf | 8,1 |
| Scories | 27,5 |
Chaleur spécifique de combustion du combustible liquide (alcool, essence, kérosène, huile)
Le tableau de la chaleur spécifique de combustion du combustible liquide et de certains autres liquides organiques est donné. Il convient de noter que les carburants tels que l'essence, le carburant diesel et l'huile se caractérisent par un dégagement de chaleur élevé lors de la combustion.
La chaleur spécifique de combustion de l'alcool et de l'acétone est nettement inférieure à celle des carburants automobiles traditionnels. De plus, le carburant de fusée liquide a un pouvoir calorifique relativement faible et, avec la combustion complète de 1 kg de ces hydrocarbures, une quantité de chaleur égale à 9,2 et 13,3 MJ, respectivement, sera dégagée.
| Le carburant | Chaleur spécifique de combustion, MJ/kg |
|---|---|
| Acétone | 31,4 |
| Essence A-72 (GOST 2084-67) | 44,2 |
| Essence d'aviation B-70 (GOST 1012-72) | 44,1 |
| Essence AI-93 (GOST 2084-67) | 43,6 |
| Benzène | 40,6 |
| Carburant diesel d'hiver (GOST 305-73) | 43,6 |
| Carburant diesel d'été (GOST 305-73) | 43,4 |
| Propulseur liquide (kérosène + oxygène liquide) | 9,2 |
| Kérosène d'aviation | 42,9 |
| Kérosène d'éclairage (GOST 4753-68) | 43,7 |
| xylène | 43,2 |
| Fioul à haute teneur en soufre | 39 |
| Fioul à faible teneur en soufre | 40,5 |
| Fioul à faible teneur en soufre | 41,7 |
| Fioul sulfureux | 39,6 |
| Alcool méthylique (méthanol) | 21,1 |
| Alcool n-butylique | 36,8 |
| Pétrole | 43,5…46 |
| Méthane d'huile | 21,5 |
| Toluène | 40,9 |
| White spirit (GOST 313452) | 44 |
| éthylène glycol | 13,3 |
| Alcool éthylique (éthanol) | 30,6 |
Chaleur spécifique de combustion du combustible gazeux et des gaz combustibles
Un tableau de la chaleur spécifique de combustion du combustible gazeux et de certains autres gaz combustibles dans la dimension de MJ/kg est présenté. Parmi les gaz considérés, la plus grande masse massique de chaleur de combustion diffère. Avec la combustion complète d'un kilogramme de ce gaz, 119,83 MJ de chaleur seront dégagés. De plus, un combustible tel que le gaz naturel a un pouvoir calorifique élevé - la chaleur spécifique de combustion du gaz naturel est de 41 ... 49 MJ / kg (pour 50 MJ / kg purs).
| Le carburant | Chaleur spécifique de combustion, MJ/kg |
|---|---|
| 1-Butène | 45,3 |
| Ammoniac | 18,6 |
| Acétylène | 48,3 |
| Hydrogène | 119,83 |
| Hydrogène, mélange avec du méthane (50% H 2 et 50% CH 4 en masse) | 85 |
| Hydrogène, mélange avec du méthane et du monoxyde de carbone (33-33-33% en masse) | 60 |
| Hydrogène, mélange avec du monoxyde de carbone (50% H 2 50% CO 2 en masse) | 65 |
| Gaz de haut fourneau | 3 |
| gaz de cokerie | 38,5 |
| Gaz hydrocarbure liquéfié GPL (propane-butane) | 43,8 |
| Isobutane | 45,6 |
| Méthane | 50 |
| n-butane | 45,7 |
| n-hexane | 45,1 |
| n-Pentane | 45,4 |
| Gaz associé | 40,6…43 |
| Gaz naturel | 41…49 |
| Propadien | 46,3 |
| Propane | 46,3 |
| Propylène | 45,8 |
| Propylène, mélange avec de l'hydrogène et du monoxyde de carbone (90%-9%-1% en poids) | 52 |
| Éthane | 47,5 |
| Éthylène | 47,2 |
Chaleur spécifique de combustion de certains matériaux combustibles
Un tableau est donné de la chaleur spécifique de combustion de certains matériaux combustibles (, bois, papier, plastique, paille, caoutchouc, etc.). Il convient de noter les matériaux à fort dégagement de chaleur lors de la combustion. Ces matériaux comprennent: le caoutchouc de divers types, le polystyrène expansé (polystyrène), le polypropylène et le polyéthylène.
| Le carburant | Chaleur spécifique de combustion, MJ/kg |
|---|---|
| Papier | 17,6 |
| Similicuir | 21,5 |
| Bois (barres avec une teneur en humidité de 14%) | 13,8 |
| Bois en tas | 16,6 |
| bois de chêne | 19,9 |
| Bois d'épicéa | 20,3 |
| bois vert | 6,3 |
| Bois de pin | 20,9 |
| Kapron | 31,1 |
| Produits Carbolite | 26,9 |
| Papier carton | 16,5 |
| Caoutchouc styrène-butadiène SKS-30AR | 43,9 |
| Caoutchouc naturel | 44,8 |
| Caoutchouc synthétique | 40,2 |
| SCS en caoutchouc | 43,9 |
| Caoutchouc chloroprène | 28 |
| Linoléum en chlorure de polyvinyle | 14,3 |
| Linoléum en chlorure de polyvinyle à deux couches | 17,9 |
| Linoléum polychlorure de vinyle à base de feutre | 16,6 |
| Chlorure de polyvinyle de linoléum à chaud | 17,6 |
| Linoléum polychlorure de vinyle à base de tissu | 20,3 |
| Caoutchouc de linoléum (relin) | 27,2 |
| Solide de paraffine | 11,2 |
| Polymousse PVC-1 | 19,5 |
| Polymousse FS-7 | 24,4 |
| Polymousse FF | 31,4 |
| Polystyrène expansé PSB-S | 41,6 |
| mousse de polyurethane | 24,3 |
| panneau de fibres | 20,9 |
| Chlorure de polyvinyle (PVC) | 20,7 |
| Polycarbonate | 31 |
| Polypropylène | 45,7 |
| Polystyrène | 39 |
| Polyéthylène de haute densité | 47 |
| Polyéthylène basse pression | 46,7 |
| Caoutchouc | 33,5 |
| Rubéroïde | 29,5 |
| Canal de suie | 28,3 |
| Foins | 16,7 |
| Paille | 17 |
| Verre organique (plexiglas) | 27,7 |
| Textolite | 20,9 |
| tol | 16 |
| TNT | 15 |
| Coton | 17,5 |
| Cellulose | 16,4 |
| Laine et fibres de laine | 23,1 |
Sources:
- GOST 147-2013 Combustible minéral solide. Détermination du pouvoir calorifique supérieur et calcul du pouvoir calorifique inférieur.
- GOST 21261-91 Produits pétroliers. Méthode de détermination du pouvoir calorifique supérieur et de calcul du pouvoir calorifique inférieur.
- GOST 22667-82 Gaz naturels combustibles. Méthode de calcul pour déterminer le pouvoir calorifique, la densité relative et le nombre de Wobbe.
- GOST 31369-2008 Gaz naturel. Calcul de la valeur calorifique, de la densité, de la densité relative et du nombre de Wobbe en fonction de la composition des composants.
- Zemsky G. T. Propriétés inflammables des matériaux inorganiques et organiques : ouvrage de référence M. : VNIIPO, 2016 - 970 p.