Энергия топлива. Удельная теплота сгорания. Энергия сгорания бензина


Энергия сгорания топлива. Удельная теплота сгорания топлива.

Тема: Энергия сгорания топлива. Удельная теплота сгорания топлива.

Цель :  сформировать понятие об энергии топлива, рассмотреть основы горения веществ и последствия сгорания топлива, обеспечить понимание учащимися сути удельной теплоты сгорания топлива, активизировать познавательную деятельность учащихся.

Задачи: Образовательная:Выяснить сущность процесса горения с точки зрения молекулярной теории, физическую сущность удельной теплоты сгорания топлива, применения данного явления в народном хозяйстве. Развивающая:Содействие развитию мышления учащихся, навыков решения задач по применению формулы ; развивать способность учащихся логического мышления для решения познавательных задач, развивать способности учащихся выдвигать гипотезы, аргументировать их, грамотно выражать свои мысли вслух, анализировать наблюдаемые процессы и ситуации, связанные с охраной окружающей среды; воспитание разумного отношения к окружающей среде.Воспитательная:В целях воспитания бережного отношения к природе, рассмотреть вопросы экологии, связанные с процессом сгорания топлива; Методы обучения:  частично  поисковый, наглядно – иллюстративный.Методы познания: наблюдение, сравнение, анализ Формы организации учебной деятельности:  групповая,  индивидуальная.Оборудование Коллекция топлива. Весы, мензурка , разновес. Мультимедийный проектор. Компьютер 

 Тип урока: изучения нового материала.

Демонстрации: образцы различных видов топлива, горение свечи.

План изучения нового материала1)Выделение энергии при сгорании топлива.2)Удельная теплота сгорания топлива. Расчет количества теплоты при сгорании топлива.3)Экологические последствия сгорания топлива.

ХОД УРОКА

1. На демонстрационном столе разложена коллекция видов топлива.

Учитель. Обратите внимание на демонстрационный стол и попробуйте сформулировать тему урока. Я помогу вам загадками. Разгадайте загадки разных народов:●Чему на свете нет ни меры, ни веса, ни цены? (русская)●Что даешь — съедает, от воды умирает (армянская)●Что за озеро, в которое бросают дрова? (корякская)О чем эти загадки? Какова разгадка?

Ученики. Огонь.Учитель. Что является «едой» для огня?Ученики :Топливо.

Учитель. А что такое топливо? Где используется топливо? Ответы учащихся.

Учитель. Топливо - это горючие вещества, применяемые с целью получения энергии при их сгорании. При сгорании топлива выделяется значительная энергия.Топливо — группа горючих веществ, основу которой составляет углерод.                                          

Состав топлива : углерод (50-97%), водород (10% и выше), сера (до 8%), азот (1,5-2% ), кислород(42-43 % ), влага.

Классификация топлива                        

ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ      ПО АГРЕГАТНОМУ СОСТОЯНИЮ     ПО  ПРИМЕНЕНИЮ

Природное(Нефть,       Твердое (уголь, торф, древесина)  В быту, в промышленности.

уголь, газ, торф,              Жидкое (моторное топливо),          в сельском хозяйстве,

древесина.)                       Газообразное (природный газ)       в автомобильном

Искусственное(кокс,                                                                 транспорте, ТЭЦ и т.д.

моторное топливо:

 бензин, солярка,

керосин ит.д.)   

  

  

2. Демонстрация . Горение свечи.Учитель. Что наблюдаем? Ученики. Парафин тает, превращаясь в жидкость и испаряясь, и горит.Взять пустой стакан и накрыть ею горящую свечу. Пламя начнет уменьшаться, и через некоторое время свеча погаснет.Учитель. Какое условие горения нарушается?Ученик. Для горения свечи нужен кислород. Доступ извне мы закрыли, а собственного кислорода в «атмосфере» стакана оказалось мало. Горение — это реакция веществ с кислородом, который является частью воздуха.Учитель. Итак, при горении происходит соединение элементов с кислородом и образование новых веществ, новых молекул.В процессе горения угля атомы углерода соединяются с двумя атомами кислорода, образуя углекислый газ. : С+О2=СО2+Q .

Учитель: Использование топлива основано как раз на явлении выделения энергии при соединении атомов. Все виды топлива обладают внутренней энергией, которая в них накапливалась многие годы под воздействием солнечного излучения. Важно уметь рассчитывать энергию, которая выделяется при сгорании. Как определить, какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива? Для этого в лабораторных условиях нужно определить, какое количество теплоты выделяется при сгорании 1 кг любого топлива. Эту величину называют удельной теплотой сгорания топлива, и обозначают q. 

Записываем в тетрадях.Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива. .

Работа с таблицей (фронтальный опрос)Учитель. Одинаковая ли энергия выделяется при полном сгорании угля, газа, бензина. ?Ответы учащихся.

Учитель: При сгорании какого топлива выделяется больше всего энергии?

Учащиеся : Водород

Учитель: Верно. Водород самое экономичное топливо, при его сгорании не выделяются ядовитые вещества. Японская автономная фирма “Мазда” в первой половине 1990 г. сконструировала и испытала первый в мире автомобиль с водородным двигателем. Он может преодолевать без дозаправки 230 км и развивать скорость до 170 км/час. Он снабжен роторным двигателем мощностью в 300 л.с. В 1996 году немецкий автомобильный концерн “Даймлер – Бенц” выпустил автомобиль на водородных топливных элементах. 

Учитель: Можно ли нагреть ведро воды с помощью свечи?Ответы учащихся.

Учитель: Объясните почему?

Учитель: Что значит, что у сухих дров ?

Учащиеся: Это значит, что при сгорании 1 кг дров выделяется энергии, т. е. q.

Учитель: А при сгорании 2 кг дров сколько энергии выделяется?

Учащиеся: В 2 раза больше.

Учитель: А при сгорании m кг, например, дров, сколько выделится энергии?

Обучающиеся: 

Учитель: Схема для запоминания расчета количества теплоты:

3. Физкультминутка

Очень физику мы любим! Шеей влево, вправо крутим. Воздух – это атмосфера, Если правда, хлопай смело. В атмосфере есть азот, Делай вправо поворот. Так же есть и кислород, Делай влево поворот, Воздух обладает массой Мы похлопаем всем классом. Чем выше вверх, тем воздух реже, Друг другу улыбнулись нежно!

4.Решение задачи.Упр.5(2)

5.Работа в группах (8 мин) Каждой группе даётся практическое задание.

1группе даётся кусок торфа. Нужно рассчитать количество теплоты, которое выделится при его сгорании.2группе даётся сосновый брусок. Нужно рассчитать количество теплоты, которое выделится при его сгорании.3 группе даётся бензин неизвестного объёма. Нужно рассчитать количество теплоты, которое выделится при его сгорании.

Учащиеся выдвигают гипотезы, что нужно знать, чтобы выполнить задание, каие приборы использовать, приходят к общему решению. (1 группа. Найти массу с помощью весов для твердого топлива. 2 группа. Найти объем, измеряя длину , ширину и высоту бруска, рассчитать массу по формуле m=ρ·ν. 3 группа. Найти объём с помощью мензурки и рассчитать массу по формуле m=ρ·ν. Затем, найдя q используя таблицу, рассчитать количество теплоты )6.Учитель: Итак, ребята, казалось бы, мы с вами рассмотрели все вопросы, связанные со сгоранием топлива. Но мы не можем поставить на этом точку. Потому что, говоря о сгорании топлива, нельзя не сказать о проблемах, которые встают перед человечеством в этой связи. О каких проблемах идет речь? Конечно же, о проблемах экологии, охраны окружающей среды. Ежегодно при сгорании топлива в воздух попадают сотни миллионов тонн различных вредных веществ: сажа, оксиды углерода, азота, серы… Вы можете сказать, что углекислый газ полезен, потому что растения поглощают его из окружающей среды и в процессе фотосинтеза выделяют кислород. Это действительно так. Но только в умеренных количествах. За последние 30 лет количество углекислого газа повысилось на 15-20%. К 2020 г содержание углекислого газа должно еще удвоиться. Углекислый газ препятствует естественному охлаждению Земли, что приводит к повышению средней температуры на 2-3 °С. Это может привести к бурному таянию льдов и повышению уровня Мирового океана на 50-70м. Увеличение содержания углекислого газа губительно сказывается на всем живом, в том числе на человеке, вызывая различные болезни.

Выход:

1. Очистка воздуха, установка фильтров

2.   Беречь лес, увеличивать лесные массивы      

7. Домашнее задание:  § 10. Упр.5(1,3)

infourok.ru

Энергия топлива. Удельная теплота сгорания топлива. | Поурочные планы по физике 8 класс

Энергия топлива. Удельная теплота сгорания топлива.

27.02.2014 10061 0

Цели: сформировать понятие об энергии топлива; рассмотреть физиче­ские основы горения веществ; обеспечить понимание учащимися физиче­ской сути удельной теплоты сгорания топлива. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Демонстрации: образцы различных видов топлива; нагревание воды при сгорании сухого горючего (или газа) в горелке.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка знаний

Первые 10-15 минут урока можно посвятить проверке, качества усвое­ния материала. С этой целью учитель может провести письменную прове­рочную работу по карточкам с разноуровневыми заданиями.

III. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Процесс горения.

2. Удельная теплота сгорания.

3. Расчет количества теплоты при сгорании топлива.

1. Переходя к объяснению нового материала, следует особое внимание уделить физическим основам горения. В сущности, гореть "могут любые вещества. Все определяется начальными условиями.

Если нефть, бензин, уголь - углеводородсодержащие вещества - горят с выделением тепла, то, скажем, кусок железа тоже можно сжечь при высо­кой начальной температуре и с большим количеством кислорода.

Во всех случаях горение - окислительно-восстановительный процесс. Но в одних случаях он идет с выделением тепла, а в других - с поглощени­ем энергии.

Энергия при горении вещества выделяется тогда, когда суммарная ки­нетическая энергия молекул после горения выше, чем у молекул до начала процесса горения. В этом случае говорят, что такое вещество называют топливом.

К наиболее распространенным видам топлива можно отнести нефть, природный газ, каменный уголь, торф, древесину и другие вещества. Все эти вещества содержат атомы углерода.

Именно эти атомы в соединении с кислородом образуют углекислый газ:

С + 20 = СО2.

При этом суммарная кинетическая энергия молекул углекислого газа выше, чем суммарная энергия атомов углерода и кислорода. В зависимости от вида топлива количество теплоты, выделяемое при сгорании, различное.

2.  Количество теплоты, выделяемое при сгорании, обычно характери­зуют Цельной теплотой сгорания (q).

То количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива.

[q] = Дж/кг.

Различные вещества имеют различные значения q. Например, для нефти q= 4,4 ■ 107 Дж/кг, а для торфа q = 1,4 - 107 Дж/кг.

q - табличная величина (таблица 13 учебника).

Теперь можно понять, что при изменении внутренней энергии тел без совершения работы энергия берется либо при теплообмене, либо за счет поглощения энергии при сгорании топлива.

3. Зная удельную теплоту сгорания топлива, легко рассчитать количест­во теплоты, которое выделяется при сгорании топлива массы т. Чем боль­ше масса сгоревшего топлива, тем больше выделяемое количество теплоты.

Q = qm.

Таким образом, для определения количества теплоты, выделившего­ся при сгорании топлива, нужно удельную теплоту сгорания умно­жить на массу топлива.

IV. Решение задач

Оставшуюся часть урока желательно посвятить решению задач по теме:

Задача 1

Определите количество теплоты, выделившееся при сгорании 200 г бензина.

Дано:

т = 200 г

4 = 4,6* 107 Дж/кг

Решение:

т = 200 г = 0,2 кг.

По таблице находим для бензина: q = 4,6 ■ 107 Дж/кг.

Q = q*m = 4,6- 107Дж/кг ■ 0,2 кг = 9,2 ■106Дж.

(Ответ: Q = 9,2 ■ 106Дж.)

Задача 2

При сгорании спирта выделилось 1,35 • 106 Дж тепла. Чему равна масса сгоревшего спирта?

Дано:

Q= 1,35- 106Дж ? = 2,7- 107 Дж/кг

Решение:

Q = q ■ т, следовательно: т = Q/q,

Q      1,35-106Дж   = 5-10   кг = 50г.

q     2,7-107Дж/кг

(Ответ: т = 50 г.)

Домашнее задание

§ 11 учебника; вопросы и задания к параграфу.

Упражнение 7 (4-5)

 

 

tak-to-ent.net

Энергия топлива :: Класс!ная физика

В природе существует много горючих веществ, которые при сгорании выделяют тепло.

Однако, топливом можно считать лишь те горючие вещества, у которые обладают большой удельной теплотой сгорания, низкой температурой воспламенения. отсутствием вредных продуктов сгорания, широко распространены в природе, просты в добыче и транспортировке.

Чем больше выделяется тепла при сгорании топлива, тем лучше.

Разные виды топлива одинаковой массы при полном сгорании выделяют разное количество теплоты. Сравнить количества теплоты , выделившиеся при сгорании разных видов топлива можно,используя физическую величину - удельную теплоту сгорания.

Удельная тплота сгорания показывает, какое количество теплоты выделится при полном сгорании 1 кг данного топлива. Единица измерения удельной теплоты сгорания в системе СИ: [ q ] = 1 Дж/кг Расчетная формула для количества теплоты, выделившейся при полном сгорании топлива:

где Q - количество выделившейся теплоты ( Дж ),q - удельная теплота сгорания ( Дж/кг ),m - масса сгоревшего топлива ( кг )

ИНТЕРЕСНО

Растения ежегодно производят 300 000 000 000 т кислорода. А при старте одной лишь ракеты сжигается в качестве топлива от 100 т до 1000 т жидкого кислорода.

Можно ли получить холод при сжигании угля ?

Получение из угля не жара, а холода каждодневно осуществляется на заводах так называемого «сухого льда». Уголь сжигается в котлах, а образующейся дым очищается и содержащийся в нем углекислый газ улавливается щелочным раствором. Затем щелочной раствор нагревают и из него выделяется углекислый газ. Углекислый газ при последующем охлаждении и сжатии переводится в жидкое состояние под давлением 70 атм. Эта жидкая углекислота в толстостенных баллонах доставляется на заводы шипучих напитков. Она так холодна, чтобы может заморозить грунт, как делалось при сооружении метро.Для многих целей в промышленности и в медицине требуется углекислота в твердом виде – «сухой лед», который и получают при дальнейшем охлаждении углекислоты.

Самое горячее пламя получается при сгорании субнитрида углерода (C4N2), дающего при 1 атм. температуру 5261 K.

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ

Что такое пламя, и как оно выглядит в невесомости. Как тушат огонь с помощью огня? Игрушечный автомобиль на водородном топливе. Опыт Фарадея. Пламя, отпечатанное на бумаге.

ПЛАМЯ СВЕЧИ

В пламени любого источника света имеется очень накаленная полоса, а в других частях теплота почти незаметна. Зажгите свечу и наблюдайте за фитилем. В пламени свечи легко различить отдельные полосы. Внизу вы увидите коричневую точку l, где свет почти не воспринимаем для глаза, а несколько выше синеватую часть m.

В синюю часть пламени кислород не проникает, и газы здесь не горят, оставаясь невоспламеняемыми. Это резервуар, питающий часть n, в которой газы подвергаются полному сгоранию. Вид этой полосы ярко красный. Часть n окружает полоса r, плохо видимая, но самая горячая из всех. Здесь происходит процесс полного сжигания углерода.

Любознательным

Глянцевая черная ткань

Почему одни ткани блестят, а другие — нет? Почему черный фетр с одной стороны выглядит глянцевым, а с другой — матовым, тусклым? Черные краски для стен бывают как глянцевые, так и матовые. Как черная поверхность может блестеть, если предмет черного цвета поглощает свет в видимом спектре?

Оказывается...Ткань блестит, если нити в ней расположены в правильном порядке параллельно друг другу и как бы образуют на поверхности ткани бороздки. Под определенными углами такая ткань довольно сильно отражает падающий на нее свет. Под другими углами это отражение слабее. Поэтому, когда ткань поворачивают в лучах света, она отражает то лучше, то хуже, иначе говоря, блестит. Наилучшее отражение наблюдается тогда, когда линия, перпендикулярная бороздкам ткани, делит пополам угол (является его биссектрисой) между падающим лучом света и лучом, отраженным от поверхности в направлении глаза наблюдателя.

Источник: «Физический фейерверк» Дж. Уокер

Устали? - Отдыхаем!

Вверх

class-fizika.ru

Энергия топлива. Удельная теплота сгорания

Разделы: Физика

Цель урока: Раскрыть основные научные положения темы. Обобщить знания учащихся по данной теме во взаимосвязи с природой и жизнедеятельностью человека.

Задачи урока:

Образовательные:

  • углубить знания учащихся о топливе, ввести понятие удельной теплоты сгорания топлива;
  • выяснить сущность процесса горения с точки зрения молекулярной теории;
  • сформировать обобщенное, целостное представление полученных знаний об окружающем мире.

Воспитательные:

  • воспитать интерес к предмету и окружающему миру;
  • воспитать у учащихся уважение к природе, науке и друг к другу.

Развивающие:

  • Развить умение логического мышления, полноты и аргументированности высказываний;
  • усилить коммуникативные свойства речи;
  • развить способности учащихся систематизировать ранее полученные знания;

Оборудование:

  • коллекция видов топлива;
  • таблица "Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива";
  • модели молекул углерода и кислорода;
  • фольга размером 2·2 см - две штуки на парту, картон размером 10·20 см - одна штука на парту, пипетки медицинские, пузырьки со спиртом и бензином, вата, спички.

Ход урока

Учитель: Сообщение темы урока и целей урока.

I. Устный опрос:

  • Какие виды энергии вы знаете?
  • Что называется внутренней энергией?
  • Какими способами можно изменить внутреннюю энергию?
  • Как можно рассчитать изменение внутренней энергии при теплопередаче?

II. Объяснение новой темы (беседа с учащимися)

Учитель: Внутреннюю энергию частично можно использовать не только в процессе теплопередачи, но и в процессе горения топлива. Что такое топливо?

Учащиеся: Вещество, которое способно гореть и выделять при горении тепло.

Учитель: История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. Уже в древнем мире люди использовали тепловую энергию для обогрева жилища, для приготовления еды, при изготовлении из меди, бронзы, железа и других металлов предметов быта, инструментов. Эту энергию получали при сжигании топлива.

Учитель: Какие виды топлива вы знаете?

Учащиеся: Торф, уголь, бензин, дрова и т. д.

Учитель: С древнейших времен были известны древесина и торф, дающие при сжигании большое количество теплоты. Сейчас формулировка "топливо" включает все вещества, которые дают при сжигании большое количество теплоты, широко распространенные в природе или добываемые промышленным способом. К топливу относятся нефть и нефтепродукты (керосин, бензин, мазут, дизельное топливо), уголь, природный горючий газ, растительные отходы (солома, лузга и т.п.), горючие сланцы, а в настоящее время и вещества, используемые в ядерных реакторах на АЭС и ракетных двигателях.

Классификацию топлива можно провести по его агрегатному состоянию и по его происхождению. По агрегатному состоянию топливо может быть и твердым (уголь, торф, древесина, сланцы), и жидким (нефть и нефтепродукты), и газообразным (природный газ). По происхождению топливо делится на природное (древесина, солома, торф, бурый и каменный уголь, антрацит, горючие сланцы, нефть, природный газ) и искусственное (кокс, торфяные брикеты, моторные топлива и др). Рассмотрим различные виды топлива из коллекции.

Давайте попытаемся выяснить, почему в результате сгорания топлива выделяется энергия? Для этого нужно вспомнить строение вещества. Из чего состоит вещество?

Учащиеся: Все вещества состоят из молекул, которые состоят из атомов, между которыми есть промежутки.

Учитель: Почему не распадаются вещества на отдельные атомы, несмотря на то, что есть промежутки?

Учащиеся: Чтобы молекулы разделить на атомы, нужно преодолеть силы притяжения то есть, совершить работу, а значит увеличить энергию атомов.

Учитель: При соединении атомов наоборот: энергия будет выделяться. При горении происходит образование из атомов молекул. Обычное топливо содержит углерод. Вы знаете, что без доступа кислорода, воздуха, горение не возможно. При горении атомы углерода соединяются с атомами кислорода, которые содержатся в воздухе.

На доске учитель показывает модели атомов углерода, кислорода и образовавшуюся молекулу углекислого газа.

Учитель: Каждый атом углерода соединяется с двумя атомами кислорода, при этом образуется молекула углекислого газа и выделяется энергия в виде тепла. Важно уметь рассчитывать энергию, которая выделяется при сгорании. Как определить, какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива? Опытным путем находят, какое количество теплоты выделится при полном сгорании одинакового количества топлива различных видов.

III. Проделаем опыт:

Положим на картон кусочки фольги, на них два одинаковых комочка ваты с булавочную головку. На один кусочек ваты капнем спирт, а на другой бензин и зажжем их одновременно. Когда спирт и бензин сгорят, полностью прикоснитесь к кусочкам фольги.

Учитель: Одинаково ли нагрелись кусочки фольги?

Учащиеся: Кусочек фольги, где сгорел бензин, нагрелся сильнее.

Учитель: Какое топливо спирт или бензин, выделило больше тепла при полном сгорании?

Учащиеся: Бензин выделил больше тепла, чем спирт.

Учитель: Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называют удельной теплотой сгорания топлива, и обозначают q. Единица измерения удельной теплотой сгорания топлива 1 Дж/кг.

IV. Рассмотрим таблицу "Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива"

Учитель: Из таблицы видно, что удельная теплота сгорания торфа 1,4·107 Дж/кг. Это значит, что при полном сгорании торфа массой 1 кг выделится 1,4·107 Дж теплоты.

Учитель: В таблице напротив слова нефть стоит 4,4·107 Дж/кг. Что это означает?

Учащиеся: При полном сгорании нефти массой 1 кг выделится 4,4·107 Дж теплоты.

Учитель: А если сжечь 2 кг нефти?

Учащиеся: Тогда полном сгорании нефти массой 2 кг выделится теплоты в два раза больше, то есть 4,4·107 Дж.

Учитель: Чтобы подсчитать количество теплоты Q, выделяющееся при сгорании топлива любой массы m, нужно удельную теплоту сгорания топлива q умножить на массу сгоревшего топлива: Q=q·m

V. Решение задач (работа у доски)

  1. Сколько теплоты выделится при полном сгорании 0,5 литров керосина.
  2. Сколько воды можно нагреть от 20 градусов Цельсия до кипения, если бы все тепло, выделенное при сгорании 840 грамм каменного угля, пошло на нагрев воды?

VI. Подведение итогов. Рефлексия.

Учитель: Итак, ребята, скажите, пожалуйста, о чем вы сегодня узнали на уроке.

  • Какие виды топлива, основанные на горении, являются наиболее распространенными? (Уголь, нефть, дрова, мазут, керосин)
  • Что является основным компонентом этих видов топлива? (Углерод)
  • Как объяснить с точки зрения строения вещества выделение энергии при горении? (Атомы углерода соединяются с молекулами кислорода, при этом выделяется энергия и образуется углекислый газ)
  • Как можно рассчитать энергию, выделяющуюся при горении топлива? (Q = q·m, q— удельная теплота сгорания, m— масса топлива)
  • Что показывает удельная теплота сгорания топлива? (Звучит определение удельной теплоты сгорания топлива.)

VII. Домашнее задание:

Изучить §10, Лукашик №№ 1038, 1039(в).

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai


Смотрите также