Урок "Питома теплота згоряння палива. Коефіцієнт корисної дії нагрівника"

ВІДДІЛ ОСВІТИ

ТУРКІВСЬКОЇ РАЙДЕРЖАДМІНІСТРАЦІЇ

Шум’яцька  загальноосвітня  школа І-ІІ ступенів

 

Урок-презентація:

Питома теплота згоряння палива. Коефіцієнт корисної дії нагрівника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                Підготував:              учитель фізики

                                                      Юричко В. М.

 

 

 

 

 

 

Шум’яч  2019

Урок № 21. 7

Мета уроку:

Навчальна. Сформувати поняття про енергію палива; забезпечити розуміння фізичного змісту питомої теплоти палива; увести формулу кількості теплоти, що виділяється в процесі повного згоряння палива.

Розвивальна. Розвивати вміння встановлювати зв’язки нового з раніше вивченим.

Виховна. Виховувати уважність, зібраність, спостережливість.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Обладнання: навчальна презентація, комп’ютер.

 

І. Організація класу до уроку

Доброго дня, діти. Подаруйте один одному

усмішку і починаємо урок.

Сьогодні,  надіюсь, у нас буде цікавий урок.

До знань з фізики ми зробимо ще крок

Ми будемо вчитися не просто слухати, а чути,

Не просто дивитися, а бачити,

Не просто відповідати, а міркувати,

Чітко і плідно будемо працювати…

Як сказав Жан-Жак. Руссо.

 

ХІД УРОКУ

 

І. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів.

1.  Що  таке  пароутворення? 

2.  Що  таке  випаровування? 

4.  Від  яких  чинників  і  чому  залежить швидкість випаровування?

5. Що таке конденсація? Наведіть приклади конденсації в природі.

6. Що таке кипіння?

7. Яка сила змушує бульбашку газу підніматися на поверхню рідини?

8. Чи змінюється температура рідини під час кипіння?

 

 

 

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

 

План подачі нового матеріалу:

1. Згоряння палива

2. Фізичний зміст питомої теплоти згоряння палива

3. Види палива

4. Коефіцієнт корисної дії (ККД) нагрівника

 

1. Згоряння палива

Основним джерелом енергії для забезпечення руху залізничних локомо-

тивів, автомобілів і тракторів, літаків тощо є різні види палива. У промисло-вості, на транспорті та в побуті використовують такі види палива:

вугіл ля, горючі сланці, нафту, бензин, дизельне паливо, природний газ тощо.

З’ясуємо, за яких умов відбувається повне згоряння палива і які його наслідки.

Дослід 1. Запалимо свічку. Вона буде горіти. Накриємо її скляною посудиною. Через певний час свічка згасне (мал. 1 б). Чому?

Мал. 1

Процес горіння відбувається за наявності повітря.

Дослід 2. Циліндр з поршнем з’єднуємо зі скляною кулею. На поршень

ставимо гирю. Нагріваємо кулю, спалюючи сухе паливо. Повітря, яке нагрівається в кулі, розширюється і виштовхує поршень, піднімаючи гирю,

тобто виконує роботу.

Під час спалювання палива виділяється енергія, за рахунок якої може виконуватися робота.

Вугілля, нафта, мазут, дерево містять вуглець. Під час горіння молекули Карбону сполучаються з молекулами Оксигену, який міститься в повітрі. Кожна молекула Карбону взаємодіє з двома молекулами Оксигену, утворюючи при цьому молекулу вуглекислого газу. Під час утворення цієї молекули виділяється енергія.

Під час повного згоряння 1 моля вуглецю утворюється вуглекислий

газ і виділяється енергія:

С + О₂ = СО₂ + 402 кДж

Горіння пов’язане з руйнуванням одних молекул і утворенням інших,

наприклад, під час горіння метану утворюються вуглекислий газ і вода

(мал. 2) з виділенням енергії:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О +Q

Мал. 2

Під час горіння зміна внутрішньої енергії  речовини відбувається не

шляхом теплообміну чи виконання роботи тілом або над тілом, а в результаті термохімічних реакцій за участю палива. При цьому енергія руху молекул продуктів згоряння, а отже і їхня температура, буде більшою, ніж у молекул палива.

Горіння палива – це процес сполучення молекул палива з молекулами Оксигену, який супроводжується виділенням певної кількості теплоти і утворенням нових речовин.

Дослід 3. Дві однакові склянки наповнимо водою однакової маси. Під

однією склянкою запалимо одну таблетку сухого палива, а під другою –

дві таблетки. Температуру води в склянках виміряємо за допомогою термо-метрів. Після повного згоряння сухого палива температура води у другій склянці виявиться вищою, ніж у першій.

Кількість теплоти, яка виділяється під час повного згоряння палива, залежить від маси палива.

Під час конструювання і виготовлення теплових двигунів завжди треба знати, яка кількість теплоти потрібна для роботи певного двигуна, а отже, враховувати вид палива. Для визначення потрібної кількості палива треба знати, яка кількість теплоти виділяється під час повного його згоряння. Щоб порівнювати, який вид палива під час його повного згоряння виділяє більше теплоти, ввели фізичну величину – питому теплоту згоряння палива.

 

2. Фізичний зміст питомої теплоти згоряння палива

 

Кількість теплоти, яка виділяється під час повного згоряння 1 кг па-

лива, називають питомою теплотою згоряння палива.

Питому теплоту згоряння палива позначають малою латинською літерою q. Одиницею питомої теплоти згоряння палива в СІ є один джоуль на кілограм (1 Дж/кг). На практиці здебільшого застосовують кратну величину – один мегаджоуль на кілограм (1 МДж/кг).

1 МДж/кг = 1000 000 Дж/кг.

Питома теплота згоряння палива – це фізична величина, що є енерге-тичною характеристикою різних видів палива.

Її значення для поширених видів палива наведено в таблиці 1.

  Табл. 1

3. Види палива

Мал. 3

Умовне паливо – узагальнена одиниця обліку органічного палива – нафти і її похідних, сланців і кам’яного вугілля, газу, торфу, що використовується для обчислення коефіцієнта корисної дії різних видів палива.

Щоб визначити кількість теплоти Q, яка виділяється внаслідок повного згоряння даної маси певного виду палива, треба питому теплоту згоряння цього виду палива q помножити на масу палива m:  Q = qm.

 

4. Коефіцієнт корисної дії (ККД) нагрівника

Для  спалювання  палива  використовують  різні  нагрівники:  печі та каміни, газові котли, пальники й спиртівки, примуси, паяльні лампи та інше (мал. 3).

Мал. 3

Тип  нагрівника  залежить  від  виду  палива,  яке  в  ньому  згоряє, і  від  того,  для  чого  використовують  теплоту.  Наприклад,  якщо  потрібно  опалювати  помешкання,  а  паливом  є  газ, то доцільно  прид бати газовий котел; для фізичних дослідів, під час яких паливом буде спирт, як нагрівник  слід обрати спиртівку.  Проте 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 (на приклад, виноситься з продуктами згоряння, іде на нагрівання навколишнього середовища).

 

Коефіцієнт корисної дії нагрівника — це фізична величина, яка характеризує ефективність нагрівника й дорівнює відношенню корисно спожитої теплоти до всієї теплоти, яка може бути виділена під час повного згоряння палива.

ККД нагрівника обчислюють за формулою:

η = ,

де  η  —  коефіцієнт  корисної  дії  нагрівника; 

Q _кор — корисно  спожита теплота; 

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

Зазвичай ККД подають у відсотках:

η = •100%

 

 

IV.  Закріплення нового матеріалу

1.  Які  види палива ви знаєте? 

2.  Яким є фізичний  зміст  питомої  теплоти  згоряння палива?  У яких одини-цях  її вимірюють? 

3. В яких одиницях вимірюється питома теплота згоряння палива?

4. Як  обчислити  кількість теплоти, що виділяється в процесі повного згоряння палива?

5. Дайте означення ККД нагрівника.

 

V. Розв’яжемо задачу

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

 

Дано: m1 = 0,3 кг. t1 = 15°C t2 = 75°C c = 4200 m2 = 0,008 кг. q= 46•106	η = •100% . = cm1(t2-t1) = qm   η = •100%	η = •100% = = 20,5%
η  = ?

 

VI.  Домашнє завдання

 § 15   Впр. 15 (2)