Урок "Теплота згоряння палива. Коефіцієнт корисної дії нагрівника"

Тема . Теплота згоряння палива. Коефіцієнт корисної дії нагрівника.

          Урок підготувала вчитель фізики та математики Охріменко Н.В.

Мета: познайомитися з різними видами палива; використанням внутрішньої енергії палива; процесом виділення тепла при згорянні палива; вивести формулу для обчислення кількості теплоти яка виділяється при згорянні палива; ввести поняття коефіцієнта корисної дії нагрівника;  розглянути питання екології , пов’язані з процесом згоряння палива; розвивати логічне мислення ; виховувати інтерес до предмета.

Тип уроку : вивчення нового матеріалу.

Обладнання: фільм «Виникнення життя на Землі», свічка , комп’ютер, запис на дошці, підручник.

                                                                  Хід уроку.

І Організація класу.

ІІ Актуалізація опорних знань.

1 Які види енергії ви знаєте?

2 Яка енергія називається внутрішньою?

Ми з вами знаємо ,що однією з головних задач яка стоїть перед людством-навчитися використовувати внутрішню енергію різних видів палива.

3 Які види палива ви знаєте?

ІІІ Мотивація навчальної діяльності.

Внутрішня енергія використовується зараз по різному, але іноді навіть безтолково тому відчувається гостра недостача вугілля, нафти, газу, бензину. Все меншими і меншими стають запаси палива, все важче і дорожче обходиться його добування. На перше місце виходить питання про раціональне, екологічне використання «чорного золота» адже по самим оптимістичним прогнозам запасів вистачить лише на 500 років.

   Сьогодні ми з вами розглянемо тему «Теплота згоряння палива. Коефіцієнт корисної дії нагрівника.» Запишіть тему уроку в зошити.

ІУ Пояснення нового матеріалу.

Сьогодні ми насамперед дамо відповіді на запитання : звідки? Які? Що? Скільки? Та введемо поняття коефіцієнта корисної дії нагрівника.

Звідки в паливі енергія?

Які умови необхідні для згоряння палива?

Що таке горіння?

Скільки енергії виділяється при згорянні палива?

Що таке коефіцієнт корисної дії?

Розглянемо на прикладі кам’яного вугілля. Демонструю уривок з кінофільму «Виникнення життя на Землі».

Біля 300 000 000років назад рослинність нашої планети була не такою як зараз: Землю покривали великі ліси, в яких росли гігантські папоротники висотою до 430 м. Багатоводні ріки під час розливів зносили лежачі дерева на мілководдя, їх заносило мулом і піском. Дерева спресовувалися і за багато мілліонів років , знаходячись без доступу кисню, перетворювалися в кам’яне вугілля, зберігаючи в собі енергію сонячного випромінювання. Отже , звідки в паливі енергія? Це енергія сонячного випромінювання.

« Хвала великому світилу!

Через століття сонця жар

Чудотворно переходить в силу,

Світло, електрика та пара».

Так писав в ХІХ столітті французький поет Сюллі Прюдом. На перше питання відповідь отримали.

Щоб відповісти на друге запитання , нам необхідно згадати з курсу хімії, який хімічний елемент являється основним під час будь якого  виду палива? Вуглець (карбон) С, і чим більше атомів вуглецю в молекулі речовини, тим палива краще.  А що ж являється обов’язковою умовою горіння? Присутність кисню. І звичайно ж, паливо необхідно підпалити. Що може бути простішим? Але я хочу нагадати вам, про те, що вміння отримати вогонь-не така проста справа. Археологи установили: залишкам перших багать 400 000 років. Тоді вогонь отримували випадково, наприклад, від блискавки, і його підтримували. Пізніше 300000 років назад , невідомі генії навчилися отримувати вогонь тертям, а ще пізніше винайшли огниво , яким користувалися до ХІХ століття. Сірники ж появилися зовсім недавно  в 1885 році.

А тепер, знаючи умови, необхідні для горіння , ви легко можете дати відповідь на третє запитання: що таке горіння? Горіння -це процес з’єднання вуглецю з киснем , при якому утворюється вуглекислий газ і виділяється велика кількість теплоти. Або ж з курсу хімії ви знаєте що горіння –це хімічна реакція , під час якої виділяється теплота і з’являється полум’я.

Вчитель хімії розповідає про дану хімічну реакцію.

Сьогодні ви маєте можливість поспостерігати  за процесом за процесом горіння на прикладі горіння свічки.

(Включаю тиху музику і спостерігаємо,  як горить свічка.)

«Щоб зігріти інших , свічка повинна згоріти».

« Я можу лише побажати вам, щоб ви могли з гідністю  видержати порівняння з свічкою, тобто могли бути свічкою для оточуючих, щоб у своїх  діях ви повторювали красоту полум’я, чесно виконували свій обов’язок перед людством.»

                                                       Майкл Фарадей

Скільки ж енергії виділяється в процесі горіння палива? Від чого залежить кількість теплоти яка виділяється при згорянні палива? Від виду палива. Тобто від питомої теплоти згоряння палива –q . Ми   можемо q обчислити за формулою                          

                                    q=

де Q-кількість теплоти, що виділяється в ході повного згоряння палива масою m.

Із формули для означення питомої теплоти згоряння палива дістанемо одиницю цієї величини в СІ-джоуль на кілограм:

                                   [q]=1

Питому теплоту згоряння  різних видів палива визначають у лабораторних умовах і заносять до таблиці(див. табл. 6 Додатка). Перегляньте таблицю та визначте , яке паливо має найбільшу питому теплоту згоряння палива та найменшу.

Знаючи питому теплоту згоряння q й масу m палива , обчислимо кількість теплоти  Q, яка виділиться в ході повного згоряння цього палива: оскільки 

q= , то     

                                                     Q = qm

Фізичний зміст q:  q=Q, якщо m=1кг.

Питома теплота згоряння палива показує ,яка кількість теплоти виділяється при згорянні 1кг палива.(при поданні матеріалу вчитель робить записи на дошці у вигляді опорного конспекту)

Для спалювання палива використовують різні нагрівники: печі та каміни, газові котли, пальники й спиртівки, примуси  та інше.

Тип нагрівника залежить від виду палива, яке в ньому згоряє, і від того , для чого використовують теплоту. 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 (наприклад, виноситься з продуктами згоряння , іде на нагрівання навколишнього середовища).

Коефіцієнт корисної дії-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.

Зазвичай ККД подають у відсотках:

Говорячи про згоряння палива , не можна не згадати про проблеми, які постають перед людством в зв’язку з цим.

Що ж це за проблеми?(учні висловлюють свої думки).

Так, це проблеми екології, охорона навколишнього середовища! Кожного року при згорянні палива в повітря потрапляють сотні мілліонів тонн різних шкідливих речовин: сажа, оксиди вуглецю, азоту,…

Ви можете сказати, що вуглекислий газ корисний, тому що рослини поглинаючи його з навколишнього середовища і в процесі фотосинтезу виділяють кисень. Це дійсно так. Але тільки конкретних кількостях. А за останні 30 років кількість вуглекислого газу збільшилася на 15-20%. З 2020 року кількість вуглекислого газу збільшилася в двоє. Це може призвести до дуже серйозних наслідків. Зупинимося на основних.

 По-перше, вуглекислий газ утворює особливий екран, який не дозволяє охолоджуватися земній поверхні, а це  може призвести до підвищення середньої температури на 2-3 , Причому підвищення температури відбудеться дуже нерівномірнор6 у полюсів воно буде більшим, що може привести до швидкого танення льодовиків і підвищенню рівня світового океану на 50-70 м.

По-друге, збільшення кількості вуглекислого газу негативно впливає на все живе, в тому числі і на людину, визиваючи різні хвороби.

По-третє, сьогодні вченні  пов’язують збільшення в повітрі вуглекислого газу  з проблемою алкоголізацією населення . Проводилися  досліди на крисах: в одну чашку наливали воду, а в другу спирт. В атмосфері кисню                                                        криси не доторкалися до спирту, в атмосфері вуглекислого газу криси пили як воду , так і спирт.

Який же вихід з цієї ситуації? (учні висловлюють свої думки).

1 Проводити очищення повітря, ставити фільтри.

2 Берегти ліси, збільшувати лісові масиви.

Не забуваємо  , що повітря у квартирах та офісах може бути навіть небезпечним: у замкнутих приміщеннях повітря застоюється, через це збільшується концентрація шкідливих для здоров’я речовин і розмножуються небезпечні бактерії та мікроорганізми. Повітря в приміщенні в п’ять разів токсичніше за вуличне Але саме у приміщеннях  більшість людей проводить 90 системи знезараження повітря Євгеній  Кобзєв.

Запропонуйте свої методи покращення повітря в приміщеннях.(учні висловлюють свої пропозиції).

У Підсумок уроку.

  Коротко повторюємо матеріал згідно опорного конспекту .

УІ Домашнє завдання. Вивчити §15  Виконайте експериментальне завдання на сторінці 78 підручника.