Тема: Теплота згоряння палива. ККД нагрівника

         Мета:  Сформувати поняття про енергію палива. Забезпечити знання фізичної величини – питомої теплоти згоряння палива; формувати         вміння підраховувати кількість теплоти, яка виділяється при згорянні       певної маси палива. Продовжити на конкретних прикладах формування поняття про закон збереження енергії як один з найважливіших законів природи. Ознайомити  учнів з питаннями, пов’язаними з роллю палива в економіці і політичному балансі країн світу. Сприяти виробленню вміння правильно поводити себе в побуті, формувати екологічне мислення учнів.

         Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

         Обладнання: плакати, таблиці питомої теплоти згоряння деяких видів     палива.

Хід уроку

1.     Організація класу.

Сьогодні у нас відбудеться урок вивчення нового матеріалу. Тема уроку «Питома теплота згоряння палива. ККД нагрівника». Але для початку напишемо невеличку самостійну роботу. Далі протягом уроку ви можете отримати ще одну оцінку за активність: за кожну правильну відповідь ви отримаєте таку картку, а вкінці уроку картки будуть обмінюватись на оцінки. Отож розпочнемо.

2.  Актуалізація опорних знань.

Картка №1. У воду масою 400 г, взяту за температури 20ᵒC, додали 100г гарячої води, що має температуру 70ᵒC. Якою буде кінцева температура води? Вважайте, що під час досліду теплообмін із довкіллям не відбувається.

Відповідь: 30ᵒC.

Картка №2. У ванну налито 80 л води, що має температуру 10ᵒC. Скільки літрів води, яка має температуру 100ᵒC, потрібно додати у ванну, щоб температура води у ній дорівнювала 25ᵒC?

Відповідь: 16 л.

Картка №3. У каструлю налили 2 кг води, нагрітої до температури 40ᵒC, а потім додали 4 кг води, що має температуру 85ᵒC. Визначте температуру суміші.

Відповідь: 70ᵒC.

Картка №4. Скільки потрібно добавити холодної води при температурі 10ᵒC в 50 л води, що має температуру 100ᵒC, для отримання суміші з температурою 45ᵒC?

Відповідь: 78,6 л.

3.  Пояснення нового матеріалу.

У житті ми часто маємо потребу збільшити температуру якогось тіла. Так, щоб у кімнаті стало тепліше, слід збільшити температуру води у батареях опалення, щоб приготувати їжу – температуру води у духовці. Природно, що різні речовини під час горіння виділяють різну кількість теплоти. Найвищу теплотворну здатність мають речовини, які називають паливом. Здавна людство для збільшення температури використовувало енергію, яка виділяється під час хімічної реакції горіння палива.

  З курсу хімії ви вже знаєте, що реакція горіння,-а зазвичай це реакція взаємодії Карбону або Гідрогену з Оксигеном, - екзотермічна реакція, тобто реакція, яка відбувається з виділенням теплоти:С+О₂=СО₂+Q.

Засвітимо свічку і накриємо її скляною посудиною. Через деякий час свічка погасне. Чому? Це відбувається тому, що в результаті реакції горіння згоряє кисень і виділяється вуглекислий газ.

Горіння – це особливий тип хімічної реакції окислення, яка супроводжується інтенсивним виділенням теплової енергії. У промисловості та побуті для отримання тепла внаслідок горіння використовують паливо.

Паливом можуть слугувати як природні речовини (камяне вугілля, нафта, торф, дрова, природний газ), так і спеціально одержані людиною (гас, бензин, порох, дерев’яне вугілля, етиловий спирт тощо).

Види палива

Тверде                               Рідке                             Газоподібне

(вугілля, дрова, торф)          (бензин, спирт, гас,      (метан, пропан, етилен,

                                               мазут)                           ацетилен)

Для сучасної цивілізації паливо – необхідна умова існування. Для роботи транспорту, різних механізмів у промисловості й сільському господарстві, обігрівання житла та готування їжі людина перетворює енергію палива в інші форми.

Найбільша кількість забруднюючих речовин виділяється під час згоряння ВУГІЛЛЯ і НАФТОПРОДУКТІВ.

80% усіх видів забруднень біосфери зумовлені енергетичними процесами, до яких входять добування, переробка і використання палива.

Зменшення викидів шкідливих речовин в атмосферу можна досягти шляхом раціонального спалювання палива.

Для кількісної характеристики теплотвірної здатності застосовують фізичну величину, яка називається питомою теплотою згоряння палива (позначається q). Її числове значення показує, яка кількість теплоти виділяється внаслідок повного згоряння 1 кг палива.

 Фізична величина, що показує, яка кількість теплоти виділяється при повному згорянні палива масою 1 кг, називається питомою теплотою згоряння палива.

Її позначають буквою q (читається " кю ”); її одиниця – 1 Дж/кг.

Значення питомої теплоти згоряння різних видів палива наводиться у відповідних таблицях. Розглянути на відповідних прикладах (Пошук).

       За значенням питомої теплоти згоряння палива можна визначити кількість теплоти, яка виділяється під час згоряння 1 кг палива. Наприклад, при спалюванні 1 кг сухих дров виділяється приблизно 12 000 кДж теплоти. Для того щоб обчислити кількість теплоти, що виділяється внаслідок згоряння довільної кількості палива, треба питому теплоту згоряння палива помножити на його масу:

Q = q·m                                                  Q

                                                               Þ ý q= Q/ m    

                                                   q       m      m= Q/ q     

Для теплопередачі часто застосовують нагрівники, за допомогою яких можна використати теплоту згоряння палива - газові пальники, спиртівки, печі, паяльні лампи, комини. Кількість теплоти, яка утворюється під час згоряння в них палива, частково йде на нагрівання тіл, а частина її втрачається (розсіюється в навколишнє середовище, нагріває сам пальник тощо). Навіть за допомогою найсучасніших нагрівників неможливо повністю використати всю енергію, що накопичена в паливі. По-перше, жодне паливо не може в реальних умовах згоріти повністю. По-друге, якась частина енергії витрачається марно(наприклад, виноситься з продуктами згоряння, йде на нагрівання навколишнього середовища). Тому кажуть про коефіцієнт корисної дії (ККД) нагрівника.

               ККД нагрівника – це фізична величина, яка характеризує ефективність нагрівника й дорівнює відношенню корисно зужитої теплоти до всієї теплоти, яка може бути виділена в процесі повного згоряння палива.

Математично це записують так:

η=Q_{корисна}/Q_повна,

де η- ККД нагрівника;

Q_{корисна}- корисно зужита теплота;

Q_повна- теплота, яка може бути виділена в процесі повного згоряння палива.

Зазвичай ККД подають у відсотках.

4. Закріплення нового матеріалу.

Розпочнемо розв’язування задач із такої усної задачі:

1.     Питома теплота згоряння дров q=10 МДж/кг. Що це означає?

(Це означає, що при повному згорянні 1 кг дров виділиться 10 МДж теплоти).

2.     Яка кількість теплоти виділиться під час повного згоряння кам’яного вугілля масою 10 кг?

Відповідь: 270 МДж.

3.     На спиртівці нагріли 300 г води від 15 до 75ᵒC. Визначте ККД нагрівника, якщо на нагрівання витрачено 8 г спирту.

Відповідь: 33%.

         5. Підсумок уроку.

         6. Домашнє завдання. Вивчити &10, повторити &7,8,9.

    1. Узагальніть результати про марну кількість витраченого палива для кількості учнів класу; населення міста, країни.

    2. Висновки про розміри цих втрат і необхідність економічного витрачання палива.

Розв. №2, вправа 8.

Знайти:               Формули:                   Обчислення:

                              Q_Б= q_Бm_Б                  m_сД=

m_c.д.-?                     Q_сД= q_cДm_сД           

m_Б=1,5 кг              Q_Б= Q_сД                      [m]=

q_Б=4,4*10⁷Дж/кг   m_сД= q_Бm_Б/q_cД      

qс_Б=1,3*10⁷Дж/кг

Відповідь: щоб спалити 1,5кг бензину, необхідно спалити 5,2кг соснових дров.