- Что нужно, чтобы горение возникло
- Что такое горение
- Два вида химических реакций и энергия
- Недостатки использования горения
- Повышая температуру, мы ускоряем химические реакции
- Примеры задач
- Сгорание топлива и энергия
- Температура горения некоторых веществ
- Температура самовоспламенения некоторых веществ
- Температура частей пламени различается
- Удельная теплота сгорания
- Урок по теме "энергия топлива. удельная теплота сгорания топлива" | презентация к уроку по физике (8 класс) по теме: | образовательная социальная сеть
- Формула для расчета количества теплоты, выделяемого при сгорании топлива
Что нужно, чтобы горение возникло
Только лишь наличия топлива и кислорода в окружающем воздухе недостаточно, чтобы это топливо загорелось. Мы должны сначала нагреть топливо до температуры, при которой произойдет его возгорание. Для предварительного нагрева мы используем источник зажигания. Например, спички, зажигалку и т. п.
Примечание: Чтобы горение возникло, нужно сначала нагреть топливо до температуры, при которой произойдет возгорание.
Например, самостоятельно может загореться бумага, наргетая до 233 градусов Цельсия или дерево, нагретое до 300 градусов Цельсия.
Поэтому, бездумно нагревать горючие вещества опасно. Так как нагретое горючее вещество способно самостоятельно загореться, иногда со взрывом.
Что такое горение
В процессе горения температура резко повышается и выделяется большое количество тепловой энергии (теплоты). Поэтому, горение – это экзотермический процесс.
В топливе содержатся атомы химического элемента, который называется углеродом. При горении топлива каждый атом углерода объединяется в двумя атомами кислорода и выделяется энергия.
Когда горит какое-либо вещество, мы видим пламя (рис. 2).
Пламя – это поток раскаленных газов, часть пространства, в которой топливо и кислород превращаются в продукты сгорания.
Горение – процесс сложный, потому, что во время его протекания происходит цепочка химических превращений. В основном – это реакции окисления между сгорающим топливом и кислородом;
Примечание: В окружающем воздухе содержится кислород. Кислород – это сильный окислитель.
Два вида химических реакций и энергия
Благодаря химическим реакциям в природе появилось множество различных веществ.
Примечание: Химики сложные вещества, состоящие из атомов различных хим. элементов, называют химическими соединениями.
Химические реакции – это процессы перегруппировки атомов:
При этом происходит поглощение, или выделение энергии.
Недостатки использования горения
На нашей планете из-за широкого использования горения возникают негативные последствия:
- истощаются полезные ископаемые – нефть, уголь, горючие сланцы, газ,
- загрязняется окружающая среда — большинство продуктов горения токсичны,
- ухудшается экология,
- проявляется глобальное потепление.
Из-за глобального потепления температура на планете поднялась на несколько градусов, начали таять многовековые льды на северном и южном полюсах, изменяется климат.
Повышая температуру, мы ускоряем химические реакции
Скорость молекул зависит от температуры. Чем быстрее молекулы двигаются, тем чаще они будут сталкиваться. А когда количество столкновений увеличивается, то химические реакции протекают быстрее. Поэтому температура вещества влияет на химические реакции.
Во время протекания одних химических реакций тепловая энергия поглощается. Такие реакции называются эндотермическими (рис. 1).
Примерами эндотермических процессов могут служить процесс плавления или процесс парообразования.
А во время протекания других реакций, энергия, наоборот – выделяется. Такие химические реакции называют экзотермическими.
Среди экзотермических процессов можно отметить, например, конденсацию или кристаллизацию.
Примечание: Слова «эндотермический» и «экзотермический» пришли к нам из древнегреческого языка. По-гречески «Эндо» – внутри, «Экзо» – наружу, а «Термо» – тепло.
Примеры задач
- Какое количество теплоты выделится при полном сгорании керосина объемом $2 space л$ и плотностью $800 frac{кг}{м^3}$?
Дано:
$V = 2 space л$
$rho = 800 frac{кг}{м^3}$
$q = 4.6 cdot 10^7 frac{Дж}{кг}$
СИ:
$2 cdot 10^{-3} space м^3$
$Q – ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
- Вычислите массу сухих дров, если при их полном сгорании выделилось $70 000 space кДж$ энергии.
Дано:
$Q = 70 000 space кДж$
$q = 1.0 cdot 10^7 frac{Дж}{кг}$
СИ:
$7 cdot 10^7 space Дж$
$m – ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Сгорание топлива и энергия
Для начала давайте вспомним строение молекулы воды (рисунок 1). Она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.
Между атомами действуют силы притяжения. Если мы захотим разделить атомы, составляющие молекулы, придется преодолеть эти силы. В таком случае будет совершена работа, и затрачена некоторая энергия. При соединение атомов, наоборот, энергия будет выделяться.
Выделение энергии при соединении атомов – явление, на котором основано использование топлива.
В любом топливе содержатся атомы углерода. В процессе горения они соединяются с двумя атомами кислорода (рисунок 2).
В результате:
- Образуется молекула углекислого газа (оксида углерода)
- Выделяется энергия
Температура горения некоторых веществ
- сухие дрова: от 800 до 1000 (C);
- пламя спички: от 750 до 1400 (C);
- уголь в печи или котле: от 1000 до 2300 градусов Цельсия (зависит от подачи воздуха);
- бензин: 1300 — 1400 (C);
Температура самовоспламенения некоторых веществ
- бумага: 233 (C);
- дерево: 300 (C);
- бензин: 250 — 300 (C);
- спирт этиловый: 400 (C);
Температура частей пламени различается
Раскаленные до высокой температуры газы, выделяющиеся при сгорании топлива, светятся. Они образуют светлый ореол около горящего топлива. Этот ореол называют пламенем. Пламя можно условно разделить на слои. Температура таких слоев пламени различается.
Удельная теплота сгорания
При сгорании разных видов топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Для того, чтобы характеризовать каждый вид топлива используют такую величину, как удельная теплота сгорания. При проектировании двигателей эта величина помогает рассчитать, какое количество теплоты может выделить сжигаемое топливо.
Удельная теплота сгорания топлива – это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой $1 space кг$.
- Обозначается буквой $q$
- Единица измерения – $1 frac{Дж}{кг}$
Величину удельной теплоты сгорания устанавливают на опыте. Мы будем использовать уже готовые результаты таких исследований, представленные в таблице 1.
| Вещество | $q, space frac{Дж}{кг}$ | Вещество | $q, space frac{Дж}{кг}$ |
| Порох | $0.38 cdot 10^7$ | Древесный уголь | $3.4 cdot 10^7$ |
| Дрова сухие | $1.0 cdot 10^7$ | Природный газ | $4.4 cdot 10^7$ |
| Торф | $1.4 cdot 10^7$ | Нефть | $4.4 cdot 10^7$ |
| Каменный уголь | $2.7 cdot 10^7$ | Бензин | $4.6 cdot 10^7$ |
| Спирт | $2.7 cdot 10^7$ | Керосин | $4.6 cdot 10^7$ |
| Антрацит | $3.0 cdot 10^7$ | Водород | $12 cdot 10^7$ |
Возьмем табличное значение удельной теплоты сгорания нефти – $4.4 cdot 10^7 frac{Дж}{кг}$. Эта величина говорит нам о том, что при полном сгорании нефти массой $1 space кг$ выделяется $4.4 cdot 10^7 frac{Дж}$ энергии.
Урок по теме "энергия топлива. удельная теплота сгорания топлива" | презентация к уроку по физике (8 класс) по теме: | образовательная социальная сеть
Тема урока : «Энергия топлива. Удельная теплота сгорания топлива»
Класс:8
Цель урока:
Изучить вопросы использования внутренней энергии топлива, выделения тепла при сгорании топлива.
Задачи урока:
-обучающие:
– развивающие:
-воспитательные:
Тип урока: урок изучения нового материала
Методы: наглядные, словесные
Технологии: ИКТ при изучении нового материала, проблемно -диалоговые
Форма работы учащихся: индивидуальная, фронтальная
Оборудование:
1.Компьютер, экран, мультимедиапроектор
2.Образцы различных видов топлива
3.Презентация в Microsoft Power Point (Приложение)
4. Спирт, бензин, фольга, вата, спички ( для эксперемента)
ХОД УРОКА:
I. Организационный момент
II. Актуализация знаний.
а) Проверка домашнего задания;
б) Мотивация урока
-Вспомните, пожалуйста, какие виды энергии вы знаете?
-Что называется внутренней энергией?
-Какими способами можно определить внутреннюю энергию?
-Что называется количеством теплоты?
Энергия выделяется и поглощается. Сегодня мы познакомимся с энергией, которая только выделяется.
-Из предложенных образцов коллекции горных пород и минералов выберите топливные полезные ископаемые?
-Почему, выбранные вами вещества вы отнесли к топливу?
-А приходилось ли вам задумываться, что такое топливо? Чем отличается одни виды топлива от другого? Какие требования необходимо предъявить к топливу?
Как используется энергия, выделяющаяся при сгорании топлива?
Учитель: Запишем тему урока: «Энергия топлива .Удельная теплота сгорания топлива.» ( слайд1)
III. Изучение нового материала.
Учитель. Всегда, когда нам нужно вскипятить воду, сварить еду в походе, протопить дом или воспользоваться автомобилем мы почти автоматически используем газ, дерево, уголь, бензин. Не задумываясь о том , почему именно его мы взяли в качестве горючего вещества? А как вы отнесётесь к тому, что гореть может всё? ( слайд2)
Всё определяется начальными условиями. Если нефть, бензин уголь – углеродосодержащие вещества – горят с выделением тепла, то, скажем, кусок железа тоже можно сжечь при высокой начальной температуре и с большим количеством кислорода.(слайд 3)
Учитель: Давайте попытаемся выяснить, почему в результате сгорания топлива выделяется энергия? Для этого нужно вспомнить строение вещества.
Учащиеся: Все вещества состоят из молекул, между которыми есть промежутки.
Учитель: Тогда почему вещества не распадаются на отдельные атомы, несмотря на то, что есть промежутки?
Учащиеся: Необходимо преодолеть силы притяжения то есть, совершить работу, а значит затратить энергию.
Учитель: При разделении молекулы воды на атомы, совершается работа по преодолению сил притяжения между атомами. Следовательно, затрачивается некоторая энергия.( слайд4)
При соединении атомов в молекулу энергия, наоборот, будет выделяться. Следовательно, при горении из атомов образуются молекулы. Использование топлива основано как раз на явлении выделения энергии при соединении атомов.
Топливо-вещество, которое способно гореть и выделять при этом тепло. ( слайд5)
Вспомним из курса химии, какой химический элемент является основным во всех видах топлива?
Учащиеся: Углерод (С), и чем больше атомов углерода в молекуле вещества, тем топливо лучше. (слайд5)
Учитель: А что является обязательным условием горения?
Учащиеся: Наличие кислорода (О2).
Учитель: Без доступа кислорода, воздуха горение невозможно. Само топливо необходимо поджечь, т. е. надо учитывать температуру воспламенения. Казалось бы, что может быть проще? Но я хочу напомнить вам о том, что умение получить огонь – заметная веха в истории цивилизации.
Сообщение одного из учащегося «Получение и освоение огня» ( слайд6)
Получение и освоение огня – заметная страница в истории цивилизации. Археологи установили: остаткам первых костров около 400.000 лет! Тогда огонь получали случайно (напр. от молнии) и поддерживали. Позднее (около 30.000 лет тому назад) безвестные гении научились добывать огонь трением, а еще позднее изобрели огниво, которым и пользовались до XIX века. Спички появились недавно, в 1855 году!
Так же «не спеша» расширялась сфера использования огня: от обогрева пещер и приготовления пищи до плавки металлов и создания в конце 18 века первого универсального теплового двигателя (паровая машина). Сегодня внутренняя энергия топлива нашла широкое применение во всех отраслях производства.
Учитель.
С точки зрения химии горение – это реакция, протекающая с выделением света и тепла. Вещества вступают в соединения не в произвольных отношениях, а в строго определенных. Для того, чтобы зажечь вещество, его необходимо нагреть до температуры, которая называется температурой воспламенения. Например, для угля эта температура равняется 350°С ( слайд7)
Каждый атом углерода соединяется с двумя атомами кислорода, при этом образуется молекула углекислого газа и выделяется энергия в виде тепла.
Энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива называется теплотой сгорания топлива.( слайд8)
При расчёте работы различных двигателей инженеру надо точно знать, какое количество теплоты может выделить сгораемое горючее, надолго ли хватит этого горючего при работе двигателя. Инженер проделывает опыты и находит какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива.
Эксперимент проделывают учащиеся.На кусочек ваты капают бензин, а на другой спирт. После горения предлагаю дотронуться к кусочкам фольги
Учитель: Одинаково ли нагрелись кусочки фольги?
Ученик. Кусочек фольги ,где сгорел бензин, нагрелся сильнее.
Учитель Одинаковая ли энергия будет выделяться при сгорании спирта и бензина?
Ученик: Энергия выделяется разная, где бензин больше тепла
Учитель: При сгорании топлива энергия выделяется , поэтому разные виды топлива массой m кг при полном сгорании выделяют разное количество теплоты.
( Работа с учебником §11) Как называется эта физическая величина?
Физическая величина, показывающая какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива называется удельной теплотой сгорания топлива -g ( слайд9)
В учебнике на стр. 26 в таблице № 2 приведены значения удельной теплоты сгорания некоторых веществ. (Работа с таблицей №2)(слайд10)
Вопросы учителя учащимся:
Одинаковая ли энергия выделяется при сгорании1кг угля, газа, бензина?
Как понимать , что удельная теплота сгорания, например, торфа 1,4·107 Дж/кг
Ученик: Это значит, что при полном сгорании торфа массой 1кг выделяется количество теплоты , равное 1,4·107 Дж., т.е 14 миллионов Джоулей
Учитель: А если сжечь 2 килограмма торфа?
Ученик. Выделяется теплоты в 2 раза больше, т.е 2,8107 Дж
Учитель .А как посчитать количество теплоты ,которое выделится при сгорании любой массы топлива?
Ученик. Чтобы рассчитать количество теплоты Q .выделяющееся при полном сгорании топлива любой массы ,нужно теплоту сгорания q умножить на массу сгоревшего топлива (слайд11)
Q = qm
Физкультминутка ( слайд12)
Учитель: Решим задачу и проверим на экране
Определите количество теплоты при сгорании 200г бензина. ( слайд 13)
Учитель: Человек использует топливо именно для того, чтобы потреблять выделяемую энергию. Процесс горения топлива человечество использует в разных областях деятельности: ( слайд14)
Поэтому, говоря о сгорании топлива, нельзя не сказать о проблемах, которые встают перед человечеством в этой связи. О каких проблемах идет речь?
Ученик. Конечно же, о проблемах экологии, охраны окружающей среды.
Ученик: 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%. . В больших городах и вблизи крупных энергетических предприятий накапливается углекислый газ. порождающий парниковый эффект.
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.
Учитель: К чему же ведёт интенсивное использование топлива?
Истощению природных ресурсов, загрязнению окружающей среды: Какой же вывод из этой ситуации? ( слайд15)
Учащиеся: Производить очистку воздуха, ставить фильтры. Беречь лес, увеличивать лесные массивы.
V. Закрепление
Что такое топливо?
Чем отличается одни виды топлива от другого?
По какой формуле рассчитывается количество теплоты при сгорании топлива?
Какие требования необходимо предъявить к топливу?
Учитель. Итак, сформулируйте основные требования, предъявляемые к топливу: ( слайд16)
1) большая теплота сгорания,
2) отсутствие вредных продуктов сгорания,
3) низкая температура воспламенения.
4) распространенность в природе,
5) сравнительная простота добычи и транспортировки
VI. Домашнее задание §11 , Кирик с.р.№ 6,( су 2,4)( слайд 17)
VII .Подведение итогов урока
Формула для расчета количества теплоты, выделяемого при сгорании топлива
Для расчета полного количества теплоты, выделяемого при полном сгорании топлива некоторой массы, используют формулу:
$Q = qm$,
где $Q$ – выделяемое количество теплоты,
$q$ -удельная теплота сгорания топлива,
$m$ – масса сгораемого топлива.
