Теплота згоряння палива. ККД нагрівника

Учитель фізики опорного  закладу

"Світлівська  ЗОШ І-ІІІ ступенів

Добропільської районної

ради  Донецької області"

Булатецький Олександр

Костянтинович

 

Розробка уроку фізики в 8 класі

Тема  .     Теплота згоряння палива. ККД нагрівника

Триєдина мета:

а) навчальна ;

б) освітня ;

в) виховна .

• дати визначення енергії палива;

 -   визначити , що це таке – питома теплота згоряння палива;

•  навчити підраховувати кількість теплоти, яка виділяється при згорянні палива;
• розвивати вміння учнів аналізувати та порівнювати факти;
•       вчити фізично мислити;
• активізувати пізнавальну діяльність учнів;
•  виховувати екологічні  поняття  в учнів;
• формувати інтерес до фізики на основі її зв’язку з життям.

Використані матеріали та обладнання:

а) записи на дошці, ( інтерактивна  дошка )

б )таблиця питомої теплоти згоряння палива, ( в конспекті та на дошці )

в) картки для індивідуальної роботи , ( як  роздатковий  матеріал )

г)  картинки , що показують , де використовують різне паливо .

 

Тип уроку.  Урок вивчення нового матеріалу.

Форма проведення уроку. Урок з мультимедійним супроводом.

 

Завдання уроку:

• показати формулу теплоти , яка виділяється при згорянні палива;
• дати поняття питомої теплоти згоряння палива;
• показати , як підраховувати кількість теплоти, яка виділяється при згорянні палива;
• визначити негативні сторони горіння палива, які забруднюють навколишнє середовище.

План   уроку

І. Організація класу до уроку .

ІІ. Актуалізація опорних знань  і навичок учнів .

1. Усне опитування учнів.
2. Розв’язування задач з  попередньої  теми.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів .

ІV. Вивчення нового матеріалу .      

1. Робота з підручником.
2. Зачитування підготовлених учнями рефератів.

V. Закріплення вивченого матеріалу .

     1.  Колективне розв’язування задач з теми.

VІ. Підсумок уроку, завдання додому .

1.  Оцінювання учнів.
2. Домашнє завдання.

 

Детальний  план   уроку

 

І. Організація класу до уроку

Ж.Ж. Руссо  говорив :

 « Працюй для того,

щоб насолоджуватись.»

 

     Існує  міф про Прометея , який людям дав вогонь і навчив людей користуватися цим вогнем . Вогонь  дає тепло .

 А що таке теплота , як підійти до цього питання з точки зору фізики ?

       Я  не можу повірити , щоб вам  було не інтересно , що таке теплота згоряння  палива , чи вона в усіх видах палива однакова ,  як підрахувати кількість теплоти , яку получили під час спалення тої чи іншої  кількості палива  , як розрахувати кількість вугілля для опалення квартири  і таке інше .

   У житті  ми часто маємо необхідність  змінювати теплоту .  А  що для цього треба ?

        Про все це ми з вами сьогодні і поговоримо.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів.

1. Проводиться повторення основних питань у вигляді бліц-вікторини (питання записані заздалегідь).

1.  Що таке внутрішня енергія?

2.  За якою формулою обчислюють кількість теплоти, передану тілу в

     ході нагрівання  або виділену ним під час охолодження?

3.  Від чого залежить кількість теплоти, необхідна для нагрівання тіла?

4. Як читається рівняння теплового балансу.

5. Яка система називається теплоізольованою?

6.  Назвіть одиницю питомої теплоємності речовини.

7.  Який фізичний зміст питомої теплоємності? Питома теплоємність

   води 4200Дж/(кгС).  Що це означає?

8. Як можна змінити внутрішню енергію тіла?

3. Письмові завдання
4. До 5 кг води при температурі 60 градусів С додали 7 кг води при температурі 80 градусів С. Визначте температуру суміші.

1. В алюмінієву каструлю масою 600 г налили 4 кг води при температурі 20 градусів С і почали нагрівати до кипіння. Яку кількість теплоти передали каструлі з водою?    
2.      Перевірка  письмового завдання .

 ІІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів

       Завдяки чому можна збільшити температуру у кімнаті?  Де і як можна отримати для цього енергію? Сьогодні ви получите відповіді на поставлені запитання  . А після цього вам прийдеться попрацювати з підручником самостійно  та зробити короткі записи основних моментів  теми уроку .

 

IV.  Повідомлення  теми і мети уроку.

Тема сьогоднішнього уроку: Теплота згоряння палива. ККД нагрівника.

( прочитайте  завдання уроку… ( записані і ті , що  демонструються  на дошці ) ).            

V. Вивчення нового матеріалу.               

   Людина добуває теплову енергію,  коли спалює  різні речовини. Завдяки хімічній реакції при  горінні виділяється  теплота. Усі види палива  можна  розділити  на природні та штучно створені  людиною . Під час згоряння природного газу відбувається хімічна реакція окиснення, внаслідок якої утворюється оксид карбону СО₂ і вода, а також виділяється певна кількість теплоти.

   Хімічна реакція, під час якої відбувається окиснення з виділенням теплоти, називається горінням.

   Да , зрозуміло , що різні речовини під час горіння виділяють різну кількість теплоти.  А пайвищу теплотворну здатність мають речовини  , які називають паливом. Для її характеристики 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.

   Є різні види палива: тверде (вугілля, дрова, сланці, торф), рідке (бензин, мазут, гас, дизпаливо, спирт), газоподібне (метан, пропан, ацетилен). Теплову енергію використовують у дуже багатьох необхідностях життєдіяльності людини . Ось приклади в картинках .

 

  

   

 

Одиницею питомої теплоти згоряння палива є джоуль  поділити на кілограм (Дж/кг). Горіння відбувається обов’язково з доступом кисню. Якість палива залежить від вмісту в ньому вуглецю .

Хімічна реакція горіння метану (природного газу):

CH₁ + 20₂ -> CO₂ + 2H₂O + Tq

Природний газ на 90 % складається з метану (CH₁). Під час згоряння I M³ природного газу виділяється приблизно 40 МДж тепла. Під час горіння відбуваються хімічні реакції з’єднання молекул деяких речовин і утворення молекул інших речовин. Такі реакції супроводжуються виділенням певної кількості теплоти. Під час згоряння різних видів палива однакової маси виділяється різна кількість теплоти. Теплотворну' здатність палива характеризують фізичною величиною, яку називають питомою теплотою згоряння палива.

Питома теплота згоряння палива показує, яка кількість теплоти виділяється під час згоряння 1 кг палива.

Питому теплоту згоряння палива позначають малою латинською літерою q. Одиницею питомої теплоти згоряння палива є джоуль

 

Значення питомої теплоти згоряння різних видів палива визначають експериментальним шляхом і вміщують у таблиці.

 

Питома теплота згоряння палива

 

Паливо		Паливо		Паливо
Деревне вугілля	34,0	Бензин	46,0	Водень	120,0
Антрацит	30,0	Гас	46,0	Метан	50,0
Кам’яне вугілля	27,0	Нафта	44,0	Ацетилен	48,1
Буре вугілля	17,0	Дизельне паливо	42,7	Природний газ	44,0
Торф	14,0	Мазут	41,0	Пропан	42,4
Тротил	15,0	Етер	34,0	Аміак	18,4
Дрова сухі	11,0	Спирт етиловий	27,0	Карбон (II) оксид	10,1
Дрова сирі	8,0	Спирт	25,0
Порох	3,8	Спирт метиловий	19,5
Умовне паливо	30,0

 

За повного згоряння 1 кг кам’яного вугілля виділяється 27 МДж теплової енергії.

 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 = qm.

 

   Для теплопередачі часто застосовують нагрівники, за допомогою яких можна використати теплоту згоряння палива - газові пальники, спиртівки, печі ( Пропоную учням розглянути малюнки в підручнику). 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). Тому кажуть про коефіцієнт корисної дії (ККД) нагрівника, який визначає у відсотках частину кількості теплоти QK, що пішла на нагрівання, від повної кількості теплоти.

ККД (η) нагрівника характеризує ефективність використання теплоти, отриманої внаслідок згоряння палива:

.

  Для того щоб підвищити ККД нагрівника, необхідно збільшувати корисно використану енергію Q_K, тобто зменшувати втрати теплоти не за призначенням.

  Тема нашого  уроку зачіпає дві глобальні проблеми людства – паливно – енергетичну і економічну.

   Актуальність природоохоронної  діяльності пов’язана ще й з тим, що зараз уже недостатньо втручання у розв’язання екологічних проблем окремих груп людей і організацій. Сьогодні лише безпосередня участь в охороні природи кожного з нас може дати позитивні результати.

   Нам  усім загрожує серйозна небезпека. Втручання людини у тендітну рівновагу природи - розвиток техніки і промисловості - може нанести непоправну шкоду оточуючому нас прекрасному довкіллю. Але, насамперед, треба нам усім знати  про негативний  вплив , що спричиняється використанням людиною при згорянні палива. Ось ці фактори : викид тепла , а це веде до танення  льодовиків , підвищується  рівень світового океану , витрачається велика кількість кисню , а в атмосферу викидається така ж кількість  оксиду карбону , окрім того, при спалюванні нафти, вугілля, газу в повітря щорічно викидається:

400 млн. т оксиду вуглецю;

250 млн. т сполук хлору, фтору, найтоншого пилу, аерозолів;

метали: свинець, ртуть, ванадій, нікель, радіоактивні елементи.

70 млн. т сполук свинцю   випадають кислотні дощі  ,     згубний вплив на живі організми океану , іде глобальне потепління на Землі .

VІ. Закріплення вивченого матеріалу

  (Учням роздано картки із завданнями, які розв’язують колективно з допомогою вчителя. Одночасно умови задач демонструються на дошці )        

Вправа 

1.    При повному згорянні пороху виділилося 4 МДж теплоти. Скільки пороху спалено?

2.    Скільки нафти треба спалити,  щоб отримати таку саму кількість теплоти, як від спалювання 6 кг бензину?

3.    Скільки водню треба спалити, щоб нагріти 30 л води від 20 °С до температури кипіння,  якщо на її нагрівання витрачається  60 % енергії?

VІ. Підсумок уроку.

(усне опитування учнів вивченого на уроці)

1 .За таблицею питомої теплоти згоряння палива з'ясуйте, яке паливо має найбільшу, а яке — найменшу теплотворну  здатність.

2.    Що таке горіння?

3.    Який фізичний зміст питомої теплоти згоряння палива?

4.    Оцініть-- що краще для опалення приміщення  за теплотворною здатністю  —  

   вугілля чи дрова.

5 .Чому для одержання теплової енергії використовують паливо?

VІІ. Домашнє завдання

-  вивчити §13 з підручника   В.Д.Сиротюк,фізика  8 клас (Київ ГЕНЕЗА  2016 )

-  розв’язати задачі № 100  на сторінці 61 з підручника.