Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива - Внутренняя энергия

Цели: сформировать понятие об энергии топлива; рассмотреть физические основы горения веществ; обеспечить понимание учащимися физической сути удельной теплоты сгорания топлива.

Демонстрации: образцы различных видов топлива; нагревание воды при сгорании сухого горючего (или газа) в горелке.

Ход урока

I. Проверка знаний

Первые 10-15 минут урока можно посвятить проверке качества усвоения материала. С этой целью учитель может провести письменную проверочную работу по карточкам с разноуровневыми заданиями.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Процесс горения.

2. Удельная теплота сгорания.

3. Расчет количества теплоты при сгорании топлива.

1. Переходя к объяснению нового материала, следует особое внимание уделить физическим основам горения. В сущности, гореть могут любые вещества. Все определяется начальными условиями.

Если нефть, бензин, уголь - углеводородсодержащие вещества - горят с выделением тепла, то, скажем, кусок железа тоже можно сжечь при высокой начальной температуре и с большим количеством кислорода.

Во всех случаях горение - окислительно-восстановительный процесс. Но в одних случаях он идет с выделением тепла, а в других - с поглощением энергии.

Энергия при горении вещества выделяется тогда, когда суммарная кинетическая энергия молекул после горения выше, чем у молекул до начала процесса горения. В этом случае говорят, что такое вещество называют топливом.

К наиболее распространенным видам топлива можно отнести нефть, природный газ, каменный уголь, торф, древесину и другие вещества. Все эти вещества содержат атомы углерода.

Именно эти атомы в соединении с кислородом образуют углекислый газ:

С + 2O = СO₂.

При этом суммарная кинетическая энергия молекул углекислого газа выше, нем суммарная энергия атомов углерода и кислорода. В зависимости от вида топлива количество теплоты, выделяемое при сгорании, различное.

2. Количество теплоты, выделяемое при сгорании, обычно характеризуют удельной теплотой сгорания (q).

То количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива.

[q] = Дж/кг.

Различные вещества имеют различные значения q. Например, для нефти q = 4,4 · 10⁷ Дж/кг, а для торфа q = 1,4 · 10⁷ Дж/кг.

q - табличная величина (таблица 13 учебника).

Теперь можно понять, что при изменении внутренней энергии тел без совершения работы энергия берется либо при теплообмене, либо за счет поглощения энергии при сгорании топлива.

3. Зная удельную теплоту сгорания топлива, легко рассчитать количество теплоты, которое выделяется при сгорании топлива массы m. Чем больше масса сгоревшего топлива, тем больше выделяемое количество теплоты.

Q = q · m.

Таким образом, для определения количества теплоты, выделившегося при сгорании топлива, нужно удельную теплоту сгорания умножить на массу топлива.

III. Решение задач

Оставшуюся часть урока желательно посвятить решению задач по теме:

Задача 1

Определите количество теплоты, выделившееся при сгорании 200 г бензина.

Дано:

Решение:

m = 200 г = 0,2 кг.

По таблице находим для бензина: q = 4,6 · 10⁷ Дж/кг.

(Ответ: Q = 9,2 · 10⁶ Дж.)

Задача 2

При сгорании спирта выделилось 1,35 · 10⁶ Дж тепла. Чему равна масса сгоревшего спирта?

Дано:

Решение:

Q = q · m, следовательно: m = Q/q,

(Ответ: m = 50 г.)

Домашнее задание

1. § 10 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Упражнения 5.

3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1035-1039.