Урок "Теплота згорання палива"

Теплота згорання палива. Коефіцієнт корисної дії нагрівника

 

Мета уроку: сформувати поняття про енергію палива; забезпечити розуміння                                 фізичного змісту питомої теплоти палива; увести формулу кількості теплоти, що виділяється в процесі повного згоряння палива;

 відпрацювати навички розв’язання задач; показати учням за рахунок чого виділяється енергія з палива; ознайомити з основними видами палива; довести практичне значення знань, отриманих під час уроку;

ввести поняття питомої теплоти згоряння палива та способів визначення кількості теплоти при згорянні палива;

розкрити причинно-наслідкові зв’язки при поясненні дослідів, на основі знань про теплові процеси в природі і кількість теплоти;

продовжувати формувати інтерес до історії розвитку науки фізики.

Тип уроку: урок засвоєння нового матеріалу.

Обладнання: нагрівник (сухе пальне, свічка), сірники, штатив з муфтою та лапкою, набір зразків палива (торф, вугілля, нафта, природний газ, тощо), підручник, таблиці, з наведеними питомими теплотами згоряння палива для різних видів пального, мультимедійний проектор, комп'ютер, презентація до уроку.

ХІД УРОКУ

І.  Організаційний

ІІ. Актуалізація опрних знань та вмінь:

1. Які агрегатні стани речовини ви знаєте.
2. Як називається процес переходу речовини із твердого стану в рідкий?
3. Як називається процес переходу речовини із рідкого стану в твердий?
4.  Як називається процес переходу речовини із рідкого стану  в газоподібний?
5. Як називається процес переходу речовини із газоподібного стану в рідкий?
6. Як називається процес переходу речовини із твердого стану  в газоподібний?

Виконайте вправу «Розстав у відповідність»

1. Q = c m ()              А .  кількість теплоти необхідна для плавлення   
2. Q = r m                               Б.    кількість теплоти, необхідна для  нагрівання тіла
3. Q =                               В.    питома теплота пароутворення
4.                                  Г.   кількість теплоти необхідна для випаровування
5.                                  Д.   питома теплота плавлення
6.                                Е.   питома теплоємність речовини

 

Правильні відповіді: 1.Б;  2.Г;  3.А;  4.В;  5.Д;   6.Е.

І розв'яжемо  задачу на повторення:

Яку кількість теплоти  необхідно затратити щоб нагріти 50 л води, взятої за температури 0 ˚С до температури 100 ˚С ?

 

 

Дано:

m = 50л            50кг                Q = c m () 

                        Q = 4200∙50∙(100 - 0) = 21000000(Дж)

                     Q = 21000000 Дж = 21 МДж

c = 4200

 

    Q - ?

Відповідь : 21 МДж.

   Постановка навчальної проблеми

А для того, щоб нагріти воду нам потрібна енергія. Енергію ми отримаємо  при спалюванні палива. А тепер уявім  ситуацію, що для розв'язку цієї задачі  у нас є уявно  1кг дров та1кг вугілля. Як на вашу думку яким видом палива ми розв'яжемо цю задачу?

   Правильно, вугіллям. А чому?  А ось  саме  "чому?" ми дізнаємося на нашому уроці.

Запишіть тему  уроку "Теплота згорання палива. Коефіцієнт корисної дії нагрівника."

І девізом нашого уроку стануть слова американського вченого Р. Фейнмана "Фізика відповідає на запитання чому?"

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Перегляд відео: «Енергія палива»

Отже, сьогодні на уроці  ми будемо говорити про енергію палива.

   Для людини головним джерелом енергії є Сонце. За допомогою випромінювання енергія Сонця передається Землі. Завдяки цьому на ній підтримується температура, необхідна для всього живого: людей, тварин, рослин. Сонячну енергію, акумульовану у вигляді корисних копалин, людина використовує для приготування їжі, роботи транспорту тощо.

      Щоб отримувати енергію потрібно спалювати паливо, оскільки енергія виділяється при горінні.

   Такі корисні копалини, як кам'яне вугілля, нафта, торф, вико­ристовуються як паливо. Паливо використовують для отримання теплоти в результаті горіння в промислових умовах і в побуті. Різні види палива при спалюванні дають різний енергетичний ефект - при згорянні однакової кількості палива одні речовини даватимуть більшу кількість теплоти, інші – меншу.

   Залежно від походження паливо розрізняють: тверде, рідке, газоподібне, природнє (антрацит, кам'яневугілля, буре вугілля, нафта, газ, торф, горючі сланці, дрова) і штучне(бензин ,гас, мазут, дизпаливо,смола, кокс, деревне вугілля).

   З повсякденного досвіду ми знаємо, що кількість теплоти, яка виділяється при згорянні палива, залежить від маси.

Q~m

 

   Різні види палива дають при згоранні різний енергетичний ефект. Готуючись до зими, люди запасають паливо: дрова, вугілля, газ тощо. При цьому вони враховують, що кількість теплоти, яка виділяється при згорянні різних видів палива тієї ж самої маси, різна. Напри­клад, при згорянні дров масою 1 кг виділяється кількість теплоти, утричі менша, ніж при згорянні 1 кг природного газу.

   Для характеристики різних видів палива використовують фі­зичну величину - питому теплоту згоряння палива.

Q~q

   Питомою теплотою згоряння палива називають величину, що до­рівнює кількості теплоти, яка виділяється при повному згорянні 1 кг палива.

   Одиницею питомої теплоти згоряння палива є джоуль на кі­лограм (Дж/кг).

(Робота з підручником  с.74)

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

(Робота з підручником  таблиця  6 с.230)

Наприклад, для сухих дров q =10МДж/кг. Це означає, що за повного згоряння 1кг

сухих   дров виділяється 10МДж теплової енергії. Cаме тому за допомогою 1кг  дров ми не можемо  нагріти 50л води від 0˚С до 100˚С.

  Знаючи питому теплоту згорання палива і масу палива можна  обчислити кількість теплоти  яка виділяється при повному згоранні  палива.

Відповідно

                    

   Розглядаємо з учнями таблицю питомої теплоти згоряння палива. З таблиці видно, що, наприклад, питома теплота згоряння гасу 43 МДж/кг. Це означає, що при повному згорянні гасу масою 1 кг виділяється 43 МДж енергії. Цієї енергії вистачить для того, щоб розтопити приблизно 127 кг льоду.

  На жаль, не всю енергію, що виділилася при згорянні пали­ва, ми можемо використати корисно. Частина енергії передається навколишньому середовищу. Тому доцільно ввести поняття ККД нагрівальної установки. Величина, що показує, яку частину становить корисно використовувана теплота  Q_кор від всієї, що виділилася при згорянні палива, Q_з називається ККД нагрівника.

   

(Робота з підручником  с.76)

   Якщо не вживати спеціальних заходів щодо запобігання «ви­киду тепла» в навколишній простір, ККД нагрівника буде дуже низьким.

    У техніці для підвищення ККД нагрівник і тіло, яке він на­гріває, поміщають у спеціальну оболонку - це зменшує теплові витрати.

   Якщо не вживати спеціальних заходів щодо запобігання «ви­киду тепла» в навколишній простір, ККД нагрівника буде дуже низьким.

   У техніці для підвищення ККД нагрівник і тіло, яке він на­гріває, поміщають у спеціальну оболонку - це зменшує теплові витрати.

III. Закріплення нового матеріалу

Розв'язування задач:

1.   Яка кількість теплоти  виділиться під час повного згорання кам'яного вугілля  массою 5 кг?
2.   У процесі повного згораня гасу виділилося 92кДж теплоти. Якою була масса гасу?

Спробуйте пояснити: чому під час спалювання сирих дров виділяється менша кількість теплоти, ніж під час спалювання такої самої кількості сухих дров?

Експрес - опитування 
(так, ні)

1. Горінняце фізичний процес.    (Ні)

2. Хімічна реакція горіння палива відбувається з виділенням телоти.    (Так)

3. Кожна речовина при згоранні виділяє різну кількість  теплоти.      (Так)

4. Кількість теплоти, що виділяється при  згоранні палива вимірюють термометром?

                                                                                                                        (Ні)

ІV.  Домашнє завдання опрацювати §15, впр. 15(3,4)

Підготувати повідомлення І. «Освоєння і добування вогню»

ІІ. «Альтернативні джерела енергії»

V.  Рефлексія

Питання класу:  «Мікрофон»

• Що нового ви дізналися під час уроку?
• Які навички і уміння ви отримали під час уроку?
• Яке паливо найкраще?
• Чи може ККД нагрівника дорівнювати 100%?

VІ.  Підсумок уроку. Оцінювання учнів.

І на завершення уроку хочу  побажати  вам такі  рядки:

Вже декілька тисяч років

Прометей запалює серця.

Я хочу, щоб із нашого уроку

Запам’яталась вам порада ця:

 У кожного в сердечку іскра пломеніє,

Що запалив величний Прометей –

Підтримуйте ж її, або вона зотліє.

Живіть Людиною серед людей!

 Тепла і світла вам!