§7. Енергія палива. Питома теплота згоряння палива

Зміст

Використовуючи таблицю значень питомої теплоти згоряння палива, установіть, під час згоряння якого палива однакової маси — мазуту, соломи чи спирту — виділиться більша кількість теплоти.

Порівняємо значення для цих видів палива:

• Питома теплота згоряння мазуту становить 39 МДж/кг.
• Питома теплота згоряння спирту — 27 МДж/кг.
• Питома теплота згоряння соломи — 14 МДж/кг.

Отже, найбільша кількість теплоти при згорянні однакової маси виділиться у мазуту, оскільки у нього найвища питома теплота згоряння.

🔄 Перевірте себе

1. Використовуючи таблицю значень питомої теплоти згоряння палива, розмістіть у порядку зростання питомої теплоти згоряння такі види палива: порох, тротил, нафта, антрацит.

Порядок зростання питомої теплоти згоряння такий:

1) Порох (4 МДж/кг)

2) Тротил (15 МДж/кг)

3) Антрацит (30 МДж/кг)

4) Нафта (44 МДж/кг)

2. Визначте масу торфу, яка повинна повністю згоріти, щоб виділилося 75 МДж теплоти.

Дано:

• $Q=75\text{ МДж}$

Знайти:

• $m=?$

Розв’язання:

Для розв’язання задачі використаємо формулу для кількості теплоти, що виділяється під час згоряння палива: $Q=q\cdot m$

З цієї формули виразимо масу:

$m=\frac{Q}{q}$

Питома теплота згоряння торфу ($q$) є табличною величиною. Її значення може коливатися залежно від типу торфу та його вологості, зазвичай у межах від 14 до 25 МДж/кг. Для розрахунків у шкільних задачах часто використовують значення 15 МДж/кг. Приймемо це значення.

$q=15\text{ МДж/кг}$.

Підставимо відомі значення у формулу для маси:

$m=\frac{75\text{ МДж}}{15\text{ МДж/кг}}=5\text{ кг}$

Відповідь: для виділення 75 МДж теплоти необхідно спалити 5 кг торфу.

3. Під час спалювання якого виду палива масою 1,5 кг виділиться 66 МДж теплоти?

Дано:

• $m=1,5\text{ кг}$
• $Q=66\text{ МДж}$

Знайти:

• $q=?$ (і визначити паливо)

Розв’язання:

Для визначення питомої теплоти згоряння палива скористаємося формулою кількості теплоти, що виділяється під час згоряння:

$Q=q\cdot m$

Звідси виразимо питому теплоту згоряння:

$q=\frac{Q}{m}$

Підставимо числові значення:

$q=\frac{66\text{ МДж}}{1,5\text{ кг}}=44\text{ МДж/кг}$

Згідно з табличними даними, питому теплоту згоряння 44 МДж/кг має нафта або природний газ.

Відповідь: Нафта.

4. Обчисліть масу сухих дров, які потрібно спалити, щоб отримати таку саму кількість теплоти, як у разі повного згоряння 3 кг бензину.

Дано:

• $m_{бензину}=3\text{ кг}$
• $q_{бензину}=46\text{ МДж/кг}$
• $q_{дров}=10\text{ МДж/кг}$
• $Q_{дров}=Q_{бензину}$

Знайти:

• $m_{дров}=?$

Розв’язання:

Спочатку обчислимо кількість теплоти, що виділиться під час згоряння бензину:

$Q_{бензину}=q_{бензину}\cdot m_{бензину}$

$Q_{бензину}=46\frac{\text{МДж}}{\text{кг}}\cdot 3\text{ кг}=138\text{ МДж}$

За умовою, кількість теплоти від згоряння дров має бути такою ж:

$Q_{дров}=138\text{ МДж}$

Тепер знайдемо масу сухих дров, яка необхідна для виділення цієї кількості теплоти:

$m_{дров}=\frac{Q_{дров}}{q_{дров}}$

$m_{дров}=\frac{138\text{ МДж}}{10\text{ МДж/кг}}=13,8\text{ кг}$

Відповідь: потрібно спалити 13,8 кг сухих дров.

5. Визначте масу природного газу, яку необхідно спалити, щоб нагріти 3 л води від 20 °С до кипіння.

Дано:

• $V_{води}=3\text{ л}=0,003\text{ м³}$
• $t_1=20\text{ °С}$
• $t_2=100\text{ °С}$ (температура кипіння води)
• $c_{води}=4200\frac{\text{Дж}}{\text{кг}\cdot \text{°С}}$ (питома теплоємність води)
• ${\rho }_{води}=1000\frac{\text{кг}}{\text{м³}}$ (густина води)
• $q_{газу}=44\frac{\text{МДж}}{\text{кг}}=44\cdot 10^6\frac{\text{Дж}}{\text{кг}}$ (питома теплота згоряння природного газу, середнє значення)

Знайти:

• $m_{газу}=?$

Розв’язання:

Знайдемо кількість теплоти, необхідну для нагрівання води:

$Q_{води}=c_{води}\cdot m_{води}\cdot (t_2-t_1)$

Маса води:

$m_{води}={\rho }_{води}\cdot V_{води}=1000\frac{\text{кг}}{\text{м³}}\cdot 0,003\text{ м³}=3\text{ кг}$

Підставимо значення:

$Q_{води}=4200\frac{\text{Дж}}{\text{кг}\cdot \text{°С}}\cdot 3\text{ кг}\cdot (100\text{ °С}-20\text{ °С})$ $$\begin{gathered} Q_{води}=12600\cdot 80=1 \\ ;008 \\ ;000\text{ Дж}=1,008\text{ МДж} \end{gathered}$$

Ця кількість теплоти утворюється внаслідок згоряння природного газу. Отже:

$Q_{газу}=Q_{води}$ $Q_{газу}=q_{газу}\cdot m_{газу}$

Знайдемо масу газу:

$m_{газу}=\frac{Q_{газу}}{q_{газу}}$ $$\begin{gathered} m_{газу}=\frac{1 \\ ;008 \\ ;000\text{ Дж}}{44 \\ ;000 \\ ;000\text{ Дж/кг}}\approx 0,0229\text{ кг} \end{gathered}$$

Переведемо масу в грами: $0,0229\text{ кг}=22,9\text{ г}$

Відповідь: необхідно спалити приблизно 0,023 кг природного газу.