Урок "Теплота згоряння палива. ККД нагрівника"

Розробка уроку фізики в 8 класі

Тема       Теплота згоряння палива. ККД нагрівника

Мета:

• сформулювати поняття про енергію палива;
• забезпечити знання фізичної величини – питомої теплоти згоряння палива;
• формувати вміння підраховувати кількість теплоти, яка виділяється при згорянні палива;
• продовжувати розвивати вміння учнів аналізувати та порівнювати факти; фізично мислити; активізувати пізнавальну діяльність учнів;
• сприяти екологічному та емоційному вихованню учнів;
• продовжувати формувати інтерес до фізики на основі її зв’язку з життям.

Використані матеріали та обладнання.

Мультимедійний проектор та екран для демонстрації презентації,  картки для роботи в групах, записи на дошці, таблиця питомої теплоти згоряння палива.

Тип уроку.  Урок вивчення нового матеріалу.

Форма проведення уроку. Урок з мультимедійним супроводом.

Завдання уроку:

• Ознайомити з формулою теплоти, яка виділяється при згорянні палива;
• Ознайомити з поняттям фізичної величини – питомою теплотою згоряння палива;
• навчити підраховувати кількість теплоти, яка виділяється при згорянні палива;
• розглянути негативні сторони такого фізичного явища, як горіння палива, що несе за собою забруднення навколишнього середовища.

Стислий план   уроку

І. Організація класу до уроку (1хв).

ІІ. Актуалізація опорних знань  і навичок учнів (10 хв).

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

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів ( 2 хв).

ІV. Вивчення нового матеріалу (20 хв).      

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

V. Закріплення вивченого матеріалу( 10 хв).

     1.  Колективне розв’язування задач з теми.

VІ. Підсумок уроку, завдання додому (2 хв).

1.  Оцінювання учнів.
2. Домашнє завдання.

Детальний  план   уроку

І. Організація класу до уроку

Доброго дня, діти. Подаруйте один одному усмішку і починаємо урок.

Ви помітили , що в кожного на парті знаходиться катка «Настрою», на цих катрках ви повинні відмітити який у вас настрій на початку уроку  та в кінці уроку ви також відмітите який у вас настрій , може він зміниться , а може й ні.

	Картка «Настрою»
	радісний	діяльний	пригнічений	поганий	роздратований
На початку уроку
По закінченню уроку

 

Ви також мабуть помітили, що на кожній парті лежить памятка для учня, давайте з нею ознайомемся.

Мій розумний учню!

1.                   Цінуй набуті знання, час, наполегливість, уважність.
2.                   Продемонструй грамотність у виконанні поставлених завдань.
3.                   Сприймай інформацію зацікавлено.
4.                   Не бійся помилятися.
5.                   Повір у свої сили!
6.                   Май гарний настрій!

Як сказав Ж.Ж. Руссо: « Працюй для того, щоб насолоджуватись.»

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів.

1.Протягом 3 – 5 хв. проводиться повторення основних питань у вигляді бліц-вікторини (питання записані заздалегідь

1.  Що таке внутрішня енергія?

2.  Як можна змінити внутрішню енергію тіла?

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

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

     ході нагрівання  або виділену ним під час охолодження?

5. Який фізичний зміст питомої теплоємності? Питома теплоємність

   води 4200Дж/(кгС).  Що це означає?

6.  Назвіть одиницю питомої теплоємності речовини.

7.  Яка система називається теплоізольованою?

8.  Сформулюйте рівняння теплового балансу.

 2. Виконання письмових завдань

1. До 3 кг води при температурі 30?С додали 5 кг води при температурі 80?С. Визначте температуру суміші.

1. В алюмінієву каструлю масою 400 г налили 2,5 кг води при температурі 25?С і почали нагрівати до кипіння. Яку кількість теплоти передали каструлі з водою?

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

 ІІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів

     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.

       На попередніх уроках ми з вами ознайомились із процесом нагрівання, що супроводжується збільшенням температури якогось тіла. Так, щоб в кімнаті стало тепліше, слід збільшити температуру води в батареях опалення, щоб приготувати їжу – температуру повітря в духовці.  Завдяки чому можна збільшити температуру? Звідки можна отримати для цього енергію? Відповіді на поставлені запитання ви знайдете на сьогоднішньому уроці.

IV. Повідомлення теми і мети уроку

  Отже, тема сьогоднішнього уроку: Теплота згоряння палива. ККД нагрівника.

V. Вивчення нового матеріалу.               

   Досить  часто людина добуває теплову енергію, спалюючи різні речовини. Це відбувається завдяки хімічній реакції горіння, що супроводжується виділенням теплоти. Так, під час згоряння природного газу відбувається хімічна реакція окиснення, внаслідок якої утворюється оксид карбону СО₂ і вода, а також виділяється певна кількість теплоти. Наприклад, під час згоряння 1 м³ газу, який на 90 відсотків складається з метану СН₄, виділяється приблизно 40 МДж теплоти. Цієї кількості теплоти достатньо, щоб нагріти майже 100 л води від 0 до 100 °С.

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

   Природно, що різні речовини під час горіння виділяють різну кількість теплоти. Найвищу 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).

Одиницею питомої теплоти згоряння палива є джоуль  поділити на кілограм (Дж/кг). Значення питомої теплоти згоряння деяких видів палива подано в таблиці на форзаці.

  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.

Кількість теплоти, отриману від нагрівника тілом, яке нагрівають, — корисну кількість теплоти, позначимо Q_k, а всю кількість теплоти, що виділилася внаслідок згоряння палива (повну кількість теплоти), — Q. Тоді, щоб визначити, яку кількість теплоти від усієї отриманої під час спалювання палива становить корисна кількість теплоти, потрібно її значення поділити на значення повної кількості теплоти. Це і буде коефіцієнт корисної дії нагрівника. Зазвичай ККД нагрівника позначають грецькою літерою η.

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.

А зараз ми з вами трішки відпочинемо і зробимо гімнастику для нашого мозку. Повторюйте вправи за мною.

1. Постукайте по столі розслабленою кистю правої, а потім лівої руки.
2. Поверніть праву руку на ребро, зігніть пальці в кулак, випряміть, покладіть руку на долоню. Зробіть те ж саме лівою рукою.
3. «Дзвінок». Спираючись на стіл долонями, зігніть руки в ліктях наполовину. По черзі повторіть жест «стрясаємо воду з пальців».
4. «Будиночок». З’єднайте кінцеві фаланги випрямлених пальців рук. Пальцями правої руки з силою натисніть на пальці лівої, потім навпаки. Відпрацюйте ці рухи для кожної пари пальців окремо.
5. Постукайте кожним пальцем правої руки по столу під рахунок «1, 1-2, 1-2-3 і т. д.».
   Зафіксуйте передпліччя правої руки на столі. Вказівним і середнім пальцями візьміть олівець зі столу, підніміть й опустіть його. Зробіть те ж лівою рукою.
6. Розтачайте на дошці невеличкий шматочок пластиліну по черзі пальцями правої руки, потім лівої.
7. Покрутіть олівцем спочатку між пальцями правої руки, потім лівої (між великим і вказівним; великим і середнім; середнім і безіменним; безіменним і мізинцем; потім у зворотну порядку).

  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.

  Світу, в якому ми живемо, загрожує серйозна небезпека. Втручання людини у тендітну рівновагу природи - розвиток техніки і промисловості - може нанести непоправну шкоду оточуючому нас прекрасному довкіллю. Одначе, сьогодні існують ефективні методи боротьби проти всіх форм забруднення природи. Але, насамперед, пропонуємо опис того негативного впливу, що спричиняється використанням людиною при згорянні палива.

( Зачитування підготовленої інформації учнями про  негативні сторони такого фізичного явища, як горіння палива, що несе за собою забруднення навколишнього середовища

( За браком часу обсяг підготовленої інформації можна зменшити)  

     Звичайно, наукові дослідження - справа вчених, але не слід забувати, що за світ відповідає кожна людина. Саме від нашого відношення до себе, нашої турботи про близьких, про природу залежить глобальний стан екології. Я сподіваюся, що сьогоднішній урок став хорошим внеском у загальну справу покращення екологічної ситуації.

   Ми маємо зберегти цей світ таким само прекрасним і неповторним для себе і для своїх дітей...

VІ. Закріплення вивченого матеріалу

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

Вправа 

1. При повному згорянні бензину виділилося 1,63 кДж теплоти. Скільки бензину спалено?
2. Скільки дров треба спалити,  щоб отримати таку саму кількість теплоти, як від спалювання 1,5 кг бензину?

3.    Яку масу спирту m_c потрібно спалити, щоб нагріти 2 л води (т_в = 2 кг) від 25 до 50 °С (ί₁ = 25 °С, t₂ = = 50 °С), якщо вся теплота, яка виділяється внаслідок згоряння спирту, витрачається на нагрівання води? Питома теплота згоряння спирту

4.До якої температури можна нагріти 50 л води, температура  якої дорівнює 20 °С, спаливши 100 г бензину, якщо ККД  нагрівника становить  50 %?

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

VІ. Підсумок уроку.

(усне опитування учнів вивченого на уроці)

1.    Що таке горіння?

2.    Чому для одержання теплової енергії використовують паливо?

3.    Який фізичний зміст питомої теплоти згоряння палива?

4.    За таблицею питомої теплоти згоряння палива (див. форзац) з'ясуйте, яке паливо має найбільшу, а яке — найменшу теплотворну  здатність.

5.    Оцініть за теплотворною здатністю, чим вигідніше опалювати  приміщення —   вугіллям чи дровами.

VІІ. Домашнє завдання

вивчити §25 з підручника;

-  скласти кросворд по темі;

-  розв’язати задачі №3, 4 на сторінці 207 з підручника.

 

 

 

 

Четветий учень.(Влезько А) Одним із факторів негативного впливу «викиду тепла»  на природу є теплове забруднення. Це призводить до поступового підвищення середньої температури на Землі. Подальше підвищення температури може спричинити загрозу танення льодовиків і катастрофічного  підвищення рівня світового океану.

     Для спалювання палива витрачається велика кількість кисню. На згоряння різноманітного палива витрачається від 15% до 30% кисню, який виробляється зеленими рослинами. При цьому викидається в атмосферу еквівалентні кількості оксиду карбону (СО₂). Згоряння палива майже ніколи не буває повним, тому відбувається забруднення повітря золою, пластівцями сажі. Енергетичні установки викидають в атмосферу щорічно 230-290 млн. м. куб. Золи і близько 60 млн. м. куб. оксиду сірки (SO₂). 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

   Речовини, які забруднюють атмосферу, особливо вуглекислий газ, накопичуються в атмосфері, значно збільшуючи тепло сонячного випромінювання. Таке протиприродне підвищення температури може призвести до серйозних кліматичних змін, таких як танення льодовиків, значне підвищення рівня води у Світовому океані, підвищення його температури.             

   Яскравим прикладом згубного впливу підвищення температури води у Світовому океані на живі організми може бути такий науковий факт. По всій Землі коралові рифи стали раптом “вибілюватись”, оскільки потепління океанської води завдало незвичного стресу тендітним організмам, що в нормальних умовах живуть в оболонці корала і надають рифу його природне забарвлення. Оскільки ці організми, прозвані “зукс”,  покидають мембрану корала,  сам корал стає прозорим і дозволяє просвічуватись білому вапняковому скелету - звідси його “вибілений” вигляд. Раніше “вибілювання” фактично завжди було випадковим і тимчасовим явищем, але за останні кілька років учені були вражені раптовим і повсюдним поширенням випадків “вибілювання” по всьому світу, внаслідок чого щораз більше коралових рифів так і не відновлюються.

    Рівень вуглекислого газу продовжує підвищуватись, а разом з цим підвищується і температура. Вчені прогнозують, що глобальне потепління підніме температуру в полярних регіонах значно вище, аніж деінде. З потеплінням полярного повітря крига тут тоншатиме, а оскільки полярна шапка матиме чи не вирішальний вплив на погоду в глобальному масштабі, наслідки її танення можуть бути згубними.

Перший учень(Власенко А). Внаслідок збільшення в атмосфері кількості оксиду вуглецю (SO₂), який виділяється в процесі згоряння палива порушується тепловий баланс на Землі.

 Оксид вуглецю разом із водяною парою призводять до виникнення

,,парникового ефекту''. Температура на поверхні Землі внаслідок,,парникового ефекту'' приблизно на 35⁰С вища за ту, яка була б без нього.

 Об'ємна концентрація оксиду вуглецю в атмосфері нині становить 0,0314%від усіх газів атмосфери. Є серйозні підстави побоюватись, що навіть незначне збільшення цієї концентрації різко порушить тепловий баланс Землі. А вже тепер кожного року в атмосферу викидається близько 5 млрд. тонн СО₂.

 Третій учень.(Павленко В.)  Глобальне потепління - це також стратегічна загроза. Концентрація вуглекислого газу та інших теплопоглинаючих молекул, що значною мірою потрапляють у оточуюче середовище через продукти згоряння, з часу Другої світової війни зросла майже на 25% і створила всесвітню загрозу здатності Землі регулювати кількість сонячного тепла, що утримується в атмосфері. Таке збільшення тепла серйозно загрожує рівновазі глобального клімату, що визначає режим вітрів, кількість опадів, поверхневі температури, океанські течії та рівень моря. А це, у свою чергу, визначає розподіл рослинного та тваринного світів на землі та в морі та справляє суттєвий вплив на розміщення і структуру людських суспільств.

Другий учень.(Липовець А)  Дві найвідоміші кризи - глобальне потепління та зменшення озонового шару в стратосфері - підсилюють одна одну і так чи інакше пов'язані з використанням теплових двигунів та фреону. Глобальне потепління призводить до збільшення кількості водяної пари в атмосфері і поглинання нижньою її частиною інфрачервоних променів, яке у протилежному випадку випромінювалося б назад у космос, пройшовши через стратосферу. У наслідок цього стратосфера охолоджується, тоді як нижня частина атмосфери нагрівається. Холодніша стратосфера з більшою кількістю водяної пари означає більшу кількість кристаликів льоду в озоновому шарі, особливо у полярних регіонах, де хлорфторвуглеці змішуються з озоном у присутності льоду і таким чином швидко зменшують концентрацію озону. Що тонший озоновий шар то більше ультрафіолетові промені бомбардують поверхню Землі й усі організми, що живуть на ній. Ультрафіолетове випромінювання вражає рослини, які в нормальних умовах поглинають велику кількість СО₂ завдяки фотосинтезу, і, схоже, серйозно руйнує їхню здатність до цього. Коли рослини поглинають менше СО₂, то цього газу стає в атмосфері більше, а це спричинює ще більше глобальне потепління і все більше охолодження стратосфери.