Питома теплота згоряння

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} = 1,45

Відповідь: можна нагріти 1,45 кг води.

Додати коментар