Физика 8 класс 26.11.2020г.
Различные виды топлива (твёрдое, жидкое и газообразное) характеризуются общими и специфическими свойствами. К общим свойствам топлива относятся удельная теплота сгорания и влажность, к специфическим — зольность, сернистость (содержание серы), плотность, вязкость и другие свойства.
Удельная теплота сгорания топлива — это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твёрдого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива.
Энергетическая ценность топлива в первую очередь определяется его удельной теплотой сгорания.
Удельная теплота сгорания обозначается буквой q. Единицей удельной теплоты сгорания является 1 Дж/кг для твёрдого и жидкого топлива и 1 Дж/м³ для газообразного топлива.
Удельную теплоту сгорания на опыте определяют довольно сложными методами.
Таблица 2. Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива.
Твёрдое топливо
| Вещество | Удельная теплота сгорания, МДж/кг |
| Бурый уголь | 9,3 |
| Древесный уголь | 29,7 |
| Дрова сухие | 8,3 |
| Древесные чурки | 15,0 |
| Каменный уголь марки А-I | 20,5 |
| Каменный уголь марки А-II | 30,3 |
| Кокс | 30,3 |
| Порох | 3,0 |
| Торф | 15,0 |
Жидкое топливо
| Вещество | Удельная теплота сгорания, МДж/кг |
| Бензин, нефть | 46,0 |
| Дизельное топливо | 42,0 |
| Керосин | 43,0 |
| Мазут | 40,0 |
| Спирт этиловый | 27,0 |
Газообразное топливо (при нормальных условиях)
| Вещество | Удельная теплота сгорания, МДж/м³ |
| Водород | 120,8 |
| Генераторный газ | 5,5 |
| Коксовый газ | 16,4 |
| Природный газ | 35,5 |
| Светильный газ | 21,0 |
Из этой таблицы видно, что наибольшей является удельная теплота сгорания водорода, она равна 120,8 МДж/м³. Это значит, что при полном сгорании водорода объёмом 1 м³ выделяется 120,8 МДж =120,8⋅106 Дж энергии.
|
|
Водород — один из высокоэнергетических видов топлива. Кроме того, продуктом сгорания водорода является обычная вода, в отличие от других видов топлива, где продуктами сгорания являются углекислый и угарный газы, зола и топочные шлаки. Это делает водород экологически наиболее чистым топливом.
Однако газообразный водород взрывоопасен. К тому же он имеет самую малую плотность в сравнении с другими газами при равной температуре и давлении, что создаёт сложности со сжижением водорода и его транспортировкой.
Общее количество теплоты Q, выделяемое при полном сгорании m кг твёрдого или жидкого топлива, вычисляется по формуле:
Q=qm.
Общее количество теплоты Q, выделяемое при полном сгорании V м³ газообразного топлива, вычисляется по формуле:
Q=qV.
Влажность (содержание влаги) топлива снижает его теплоту сгорания, так как увеличивается расход теплоты на испарение влаги и увеличивается объём продуктов сгорания (из-за наличия водяного пара).
Зольность — это количество золы, образующейся при сгорании минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания, так как уменьшается содержание горючих компонентов (основная причина) и увеличивается расход тепла на нагрев и плавление минеральной массы.
Сернистость (содержание серы) относится к отрицательному фактору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы, загрязняющие атмосферу и разрушающие металл. Кроме того, сера, содержащаяся в топливе, частично переходит в выплавляемый металл, сваренную стекломассу, снижая их качество. Например, для варки хрустальных, оптических и других стёкол нельзя использовать топливо, содержащее серу, так как сера значительно понижает оптические свойства и колер стекла.
|
|
Для нахождения КПД нам могут пригодиться следующие формулы:
– количество теплоты, которое выделяется при сгорании топлива (
– удельная теплота сгорания, 
– масса топлива);
– количество теплоты, которое выделяется при охлаждении или необходимо для нагревания вещества (
– удельная теплоёмкость вещества, 
– масса вещества, 
– конечная температура вещества, 
– начальная температура вещества);
– КПД установки (
– работа, совершённая рабочим телом, 
– количество теплоты, полученное от нагревателя);
Большинство из величин, встречающихся в формулах, либо даны в условии, либо являются искомыми. Однако удельная теплоёмкость вещества и удельная теплота сгорания берутся из соответствующих таблиц. Напомним единицы измерения этих величин: 
.
Кроме этих величин в задачах могут встречаться ещё две табличные величины: 
– удельная теплота парообразования, 
– удельная теплота плавления. Однако на этом уроке они нам не понадобятся, поэтому подробно останавливаться на них не будем.
Для удобства составим таблицу с теми значениями табличных величин, которые понадобятся на этом уроке при решении задач.
| Вещество | Удельная теплоёмкость | Удельная теплота сгорания |
| Вода | 
| - |
| Спирт | 
| 
|
| Бензин | 
| 
|