Урок фізики "Теплота згоряння палива"

Тема. Теплота згоряння палива

Мета уроку.

• Навчальна: ознайомити учнів із джерелами теплоти та процесом горіння палива, розрахунком кількості теплоти, що виділяється в процесі горіння.
• Виховна:  виховувати екологічне мислення.
• Розвиваюча: розвивати логічне мислення та вміння розв’язувати задачі на розрахунок теплоти згорання палива.

Основні поняття: паливо, теплота згорання палива, кількість теплоти.

Обладнання: картки, спиртівка, спирт, банка з водою.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація опорних знань

Відгадування загадок.

• Коли він чорний – за ним доглядають,

Коли червоний – сам людей обслуговує,

Коли сірий – його викидають. (Кам’яне вугілля.)

• Попід землею вогонь летить, а на плиті обід кипить. (Газ.)
• Рук багато, а нога одна. (Дерево.)

Що об’єднує ці відгадки? (Відповіді учнів)

Інтерактивна вправа «Встановіть відповідність» із взаємоперевіркою.

Кожен учень отримує картку із завданням. Учням необхідно встановити відповідність між правою та лівою колонками. Стрілками з’єднай відповідні поняття, терміни. Час на виконання завдання 3-5хв. далі взаємоперевірка.

Варіант 1

Варіант 2

Відповіді. Варіант 1: 1 – Б, 2 – Г, 3 – А, 4 – Д, 5 – В.

                 Варіант 2: 1 – Д,2 – Г, 3 – А, 4 – В, 5 – Б.

ІІІ. Оголошення теми та мети уроку

Ми часто намагаємося збільшити температуру якогось тіла (нагріти повітря в кімнаті, воду в чайнику і т.д.). Яким чином ми робимо це з вами найчастіше? (Відповіді учнів: використовуємо електроенергію, енергію, що виділяється при згорянні палива.) Сьогодні ми зупинимося на енергії, що виділяється при згоранні палива. Чи однаково вона виділяється при згоранні різних видів палива? Як знайти її значення?

ІV. Формування нових знань

Бесіда за запитаннями?

• Пригадайте, які види палива ви знаєте?

• Об’єднайте, відомі вам види палива на групи за агрегатними станами.

• Що таке реакція горіння (з курсу хімії)?
• Як ви розумієте прислів’я «Не дмухай на вогонь, коли хочеш, аби згас»?
• Яке значення має паливо?
• Чи однакова кількість теплоти виділяється при згорянні однакової кількості різних видів палива?
• Чи створюють екологічну небезпеку викиди в атмосферу при згорянні палива? Яку?
• Які ви знаєте шляхи боротьби із ними?

Отож, у житті ми часто маємо потребу збіль­шити температуру якогось тіла. Так, щоб у кімнаті стало тепліше, слід збільшити температуру води в батареях опалення, щоб приготувати їжу — температуру повітря в духовці. 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 є реакція взаємодії Карбону або Гідрогену з Оксигеном, — екзотермічна реакція, тобто реакція, яка відбувається з виділен­ням теплоти.

Під час повного згорання палива утворюється вуглекислий газ. Горіння пов’язане з руйнуванням одних молекул і утворенням інших.

Під час неповного згорання вуглецю, що міститься в паливі, в печах або котлах, у ДВЗ, виділяється оксид вуглецю (чадний газ СО). Ця сполука – сильний отрута! Вона не має кольору, запаху (в чистому вигляді), трохи легший за повітря,погано розчинається у воді. Він краще, ніж кисень сполучається з гемоглобіном крові. Виникає кисневе голодування, що супроводжується головним болем, непритомністю. Якщо в повітрі приміщення міститься 0,4% чадного газу, о в наслідок сильного отруєння настає смерть. З метою надання першої медичної допомоги необхідно потерпілого винести на свіже повітря, зробити штучне дихання, рекомендується вдихати легкий розчин аміаку.

Паливом можуть слугувати як при­родні речовини (кам'яне вугілля, нафта, торф, дрова, природний газ), так і спеціально одержані людиною (гас, бензин, деревне вугілля, етиловий спирт тощо). Як бачимо, паливо буває твердим (кам'яне вугілля, торф, дрова, сухий спирт), рідким (нафта, гас, бензин, дизельне паливо) і газоподібним (природній газ, пропан, бутан).

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.

Різні види палива відрізняються один від одного за теплотворною здатністю. Переконаємось у цьому за допомогою простого досліду. Поставимо на ліву шальку терезів спиртівку, наповнену спиртом. Над спиртівкою підвісимо металеву банку з водою, перед тим вимірявши температуру та об'єм води. Після того як зрівноважимо терези, покладемо на ліву шальку важок масою 1 г. Рівновага в порушиться. Запалимо спиртівку. У міру згоряння спирту маса спиртівки зі спиртом зменшуватиметься, і че­рез якийсь час рівновага терезів відновиться (це означає, що згорів 1г спирту). У цей момент погасимо спиртівку, після чого виміряємо й зафіксуємо температуру води. Повторимо дослід,  наповнивши спиртівку гасом,і переконаємося, що в цьому випадку вода нагрівається більше. Це означає, що під час згорання 1г гасу виділилося більше енергії, ніж у ході горіння 1г спирту.

Для кількісної характеристики теплотворної здатності палива застосовують фізичну величину, яку називають питомою теплотою згорання палива.

Питома теплота згоряння палива — це фі­зична величина, яка характеризує певне пали­во і чисельно дорівнює кількості теплоти, що виділяється в процесі повного згоряння 1кг палива.

Питому теплоту згоряння палива познача­ють символом q та обчислюють за формулою: , де Q - кількість теплоти, що виділяється в ході повного згоряння палива масою m.

З формули для визначення питомої теп­лоти згоряння палива дістанемо одиницю цієї величини в СІ — джоуль на кілограм   .

Питому теплоту згоряння різних видів палива визначають у лабораторних умовах і заносять до таблиць.

Знаючи питому теплоту згорання палива й масу палива, легко обчислити кількість теплоти, яка виділяється під час повного згорання палива: .

• Кожне паливо у присутності повітря і контакті з вогнем загорається при певній температурі: наприклад, мазут – при 55⁰С, суха деревина – при 300⁰С, кам’яне вугілля – при 600⁰ С. чи можна зразу засипати в котел кам’яне вугілля? (Не можна, кам’яне вугілля не загориться, тому що в котлі не досягнуто відповідної температури).

V. Закріплення вивченого матеріалу

Інтерактивна вправа «Два – чотири – всі разом».

• Назвіть відомі вам види палива. Чи однакову кількість їх треба спалити, щоб нагріти повітря однієї і тієї самої кімнати до однієї і тієї самої температури?
•  Які види палива використовують для опалювання в Україні?
• Чому під час спалювання сирих дров виділяється менша кількість теплоти, ніж сухих?
• Щоб нагріти воду в баку, треба затратити 66МДжтеплоти. Скільки для цього треба спалити природного газу?
• Під час згорання пороху виділилося 18МДж енергії. Визначити питому теплоту згорання пороху.
• Визначити масу кам’яного вугілля, яке під час згорання виділяє таку саму кількість теплоти, як і під час згорання 10т бензину?
• Кімната має розміри 5:4:3м. Скільки потрібно спалити сухих дров, щоб підвищити температуру повітря в кімнаті на 15⁰С. Вважати, що вся теплота іде на нагрівання повітря.
• Примус споживає 0,3л гасу за годину. Яка його загальна потужність?
• Двигун мопеда на шляху 10км витрачає 100г бензину. Яка кількість теплоти виділяється при згоранні бензину в двигуні, якщо мопед подолав шлях 35км?
• За графіком залежності кількості теплоти, яка виділяється під час повного згорання метану (1), бензину (2), антрациту (3), бурого вугілля (4), сухого торфу (5), горючих сланців (6), свіжої деревини (7), твердого ракетного палива (8), від маси палива визначте:

• кількість теплоти, яка виділяється під час повного згорання 2кг сухого торфу;
• питому теплоту згорання бензину;
• яке паливо має найбільшу питому теплоту згорання палива; найменшу;
• скільки деревини треба спалити, щоб виділилося 20МДж енергії;
• яку масу горючих сланців треба спалити, щоб одержати таку саму кількість теплоти, як і в результаті повного згорання 0,5кг бензину.

VІ. Підсумок уроку

Складання опорного конспекту.

Інтерактивна вправа «Інтерв’ю».

Учитель бере інтерв’ю в учнів:

• Що ви знали з цієї теми?
• Який досвід ви здобули на сьогоднішньому уроці?
• Які запитання з цієї теми у вас виникли?
• Що треба зробити, щоб зекономити запаси горючих природних ресурсів?

VІІ. Домашнє завдання

Опрацювати відповідний параграф підручника.

Розв’язати задачі:

• На скільки більше виділиться тепла при повному згорянні 10кг бензину, ніж при згоранні такої самої кількості спирту?
• Скільки води можна нагріти на 23⁰С за рахунок повного згорання 10,5 бензину?

Творче завдання:

Підготувати повідомлення: «Теплове забруднення. Чи існує межа виробництва енергії на Землі».