Энергия топлива. Удельная теплота сгорания. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.

Урок № Тема: Энергия топлива. Удельная теплота сгорания.

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

Цели урока: объяснить выделение энергии при сгорании то­плива; ввести новую физическую величину - удельную теплоту сгорания топлива и ее единицу; получить формулу для расчета ко­личества теплоты, выделяемого при сгорании топлива; сформули­ровать закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.

Демонстрации:

1. Образцы различных видов топлива;

2. Нагревание воды при сгорании сухого горючего (или газа) в горелке.

Ход урока

Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Процесс горения.

2. Удельная теплота сгорания.

3. Расчет количества теплоты при сгорании топлива

4. Закон сохранения механической энергии.

1. Процесс горения

Переходя к объяснению нового материала, следует особое внимание уделить физическим основам горения. В сущности, гореть могут любые вещества. Все определяется начальными условиями.

Если нефть, бензин, уголь - углеводородсодержащие вещества - горят с выделением тепла, то, скажем, кусок железа тоже можно сжечь при высо­кой начальной температуре и с большим количеством кислорода.

Во всех случаях горение - окислительно-восстановительный процесс. Но в одних случаях он идет с выделением тепла, а в других - с поглощени­ем энергии.

Энергия при горении вещества выделяется тогда, когда суммарная ки­нетическая энергия молекул после горения выше, чем у молекул до начала процесса горения. В этом случае говорят, что такое вещество называют топливом.

К наиболее распространенным видам топлива можно отнести нефть, природный газ, каменный уголь, торф, древесину и другие вещества. Все эти вещества содержат атомы углерода.

Именно эти атомы в соединении с кислородом образуют углекислый газ:

С + 2О =

При этом суммарная кинетическая энергия молекул углекислого газа выше, чем суммарная энергия атомов углерода и кислорода. Н зависимости от вида топлива количество теплоты, выделяемое при сгорании, различное.

1. Удельная теплота сгорания

Количество теплоты, выделяемое при сгорании, обычно характери­зуют удельной теплотой сгорания.

Опр. То количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорании топлива = .

Различные вещества имеют различные значения q. Например, для нефти q = 4,4 • 10⁷ Дж/кг, а для торфа q = 1,4 • 10⁷ Дж/кг. q - табличная величина (таблица 13 учебника).

Теперь можно понять, что при изменении внутренней энергии тел без совершения работы энергия берется либо при теплообмене, либо за счет поглощения энергии при сгорании топлива.

1. Расчет количества теплоты при сгорании топлива

Зная удельную теплоту сгорания топлива, легко рассчитать, количест­во теплоты, которое выделяется при сгорании топлива массы т. Чем боль­ше масса сгоревшего топлива, тем больше выделяемое количество теплоты. Q=q·m

Таким образом, для определения количества теплоты, выделившего­ся при сгорании топлива, нужно удельную теплоту сгорания умножить на массу топлива.

Следствие из этой формулы: m = ; q =

1. Закон сохранения механической энергии

• Рассмотрим превращение одного вида механической энергии в другой на примере падения тела с некоторой высоты (работа по учебнику §11).

Закон сохранения механической энергии: Е = +

Полная механическая энергия, т.е. сумма потенциальной и кинетической энергии тела, остается постоянной, если действуют только силы упругости и тяготения и отсутствуют силы трения.

• Превращение механической энергии во внутреннюю на примере падения свинцового шара на свинцовую плитку.

Закон сохранения и превращения энергии:

Во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.

Решение задач

Задача 1

1. Определите количество теплоты, выделившееся при сгорании 200 г бензина. (Q = 9,2· Дж)

Задача 2

1. При сгорании спирта выделилось 1,35 • 10⁶ Дж тепла. Чему равна масса сгоревшего спирта?

(m = 50 г)

Закрепление материала: разбор вопросов §10, 11

Домашнее задание: §10, 11; №1035 - 1039