Погрітися біля батареї взимку і заварити чайок не вдалося б, якби людство не навчилося використовувати енергію. А народжується ця енергія завдяки згорянню палива.
Види палива
Людині дуже потрібне тепло для всіх процесів життєдіяльності: наприклад, для обігріву житла, готування, плавлення металів та отримання інших видів енергії. Щоб отримувати тепло та світло, людина використовує паливо. Коли люди вперше здобули вогонь, без палива теж не обійшлося — ним послужила деревина.
Паливо — це будь-яка речовина, що виділяє енергію під час згоряння. чотири групи видів палива:
- тверде паливо,
- рідке паливо,
- газоподібне паливо.
Насправді, є ще четверта група — ядерне паливо, але в цьому випадку механізм отримання енергії інший. Про нього ми розповіли у статті про ядерний реактор.
До твердого палива відносяться:
- деревина,
- горючі сланці,
- вугілля,
- торф.
Тверді види палива, крім сланців, є продуктом розкладання органічної маси рослин. Торф – наймолодший з них, він є щільною масою, яка утворилася з болотних рослин, що перегнили. Вже не такі молоді (скажімо, середніх років) бурі вугілля – це темна однорідна маса, яка окислюється і розсипається на свіжому повітрі. Горючі сланці – корисні копалини, що дають смолу. Кам’яне вугілля – хлопці з підвищеною міцністю та невеликою пористістю.
Рідке паливо — це, наприклад, бензин або нафта. Газоподібне— це суміш, що містить у собі водень та окис вуглецю.
У горючій частині палива завжди є вуглець, кисень, водень, сірка та азот. Кисень у поєднанні з вуглецем або воднем зменшує тепло, що виділяється у процесі горіння. Азот перетворюється на продукти згоряння, не окисляясь. Сірка – шкідлива домішка, при згорянні якої виділяється в 4 рази менше теплоти, ніж при згорянні вуглецю.
Питома теплота згоряння палива
Питома теплота згоряння визначає енергетичну цінність палива. Ця величина фігурує у формулі кількості теплоти, що виділяється при згорянні палива.
| Кількість теплоти, що виділяється при згоранні палива Q = qm Q — кількість теплоти [Дж] q — питома теплота згоряння [Дж/м3] m — маса [кг] |
Питома теплота згоряння – це таблична величина, яка показує, скільки енергії виділиться при згорянні 1 кг палива.
Нижче представлені таблиці з деякими значеннями питомої теплоти згоряння.
Тверде паливо
| Речовина | Питома теплота згоряння, МДж/кг |
|---|---|
Буре вугілля | 9,3 |
Деревне вугілля | 29,7 |
Сухі дрова | 8,3 |
Деревні чурки | 15,0 |
Кам’яне вугілля марки А-I | 20,5 |
Кам’яне вугілля марки А-II | 30,3 |
Кокс | 30,3 |
Порох | 3,0 |
Торф | 15,0 |
Рідке паливо
Речовина | Питома теплота згоряння, МДж/кг |
|---|---|
Бензин, нафта | 46,0 |
Дизельне паливо | 42,0 |
Керосин | 43,0 |
Мазут | 40,0 |
Етиловий спирт | 27,0 |
Газоподібне паливо
| Речовина | Питома теплота згоряння, МДж/м³ |
|---|---|
Водень | 120,8 |
Генераторний газ | 5, 5 |
Коксовий газ | 16,4 |
Природний газ | 35,5 |
Світильний газ | 21,0 |
Рішення задач
Завдання просте
У топці парової машини згоріло 50 кг кам’яного вугілля, питома теплота згоряння якого дорівнює 30 МДж/кг. Яка кількість теплоти виділилася в цьому процесі?
Рішення
В умовах завдання є всі необхідні дані, тому переводимо їх у СІ та підставляємо у формулу.
СІ – міжнародна система одиниць. “Перекласти в СІ” означає перевести всі величини в метри, секунди та інші одиниці виміру без приставок. Виняток — кілограм із приставкою «кіло».
Перекладаємо питому теплоту згоряння в СІ:
30 МДж/кг = 30 000 000 Дж/кг
Підставляємо значення у формулу:
Q = qm = 30 000 000 50 = 1 500 000 000 = 1500 МДж
Відповідь: у процесі згоряння виділилося 1500 МДж.
Завдання складне
Скільки кілограмів води можна нагріти на спиртовці при температурі 30°С, якщо спалити в ній 21 грам спирту? ККД спиртування дорівнює 30%.
Питома теплота згоряння спирту – 2,9 · 107 Дж/кг.
Питома теплоємність води – 4200 Дж/( кг·°С).
Рішення
\eta = \frac{Q}{Q_{топл}} \cdot 100\% \rarr Q = \eta Q_{топл}Q_{топл} = q \cdot m_{топл}Q = cm \Delta t
cm \Delta t = 0,3 q m_{топл}m = \frac{0,3qm_{сгор}}{c \Delta t} = \frac{0,3 \cdot 2,9 \cdot 10^7 \cdot 0,021}{4200 \cdot 30} = 1,45Відповідь: можна нагріти 1,45 кг води.
