Видеоурок: Энергия топлива. Удельная теплота сгорания.
Интерактивный учебник: Энергия топлива. Удельная теплота сгорания.
Интерактивный тест: Энергия топлива.
Определение: Топливо – горючее вещество, которое даёт тепло и является источником энергии.
Топливо бывает твёрдым, жидким и газообразным.
К твёрдым видам топлива относят уголь и торф
К жидким видам топлива относят нефть, бензин и другие нефтепродукты
К газообразным видам топлива относят природный газ
Отдельно можно выделить очень распространённое в последнее время – ядерное топливо.
В 1824 г. была опубликована работа французского инженера С.Карно «Размышления о движущей силе огня». Он рассмотрел идеальную тепловую машину (тепловой двигатель). Не углубляясь в подробности, назовём основные идеи Карно.
В этой формуле Tнагр и Tохл – так называемые абсолютные температуры по шкале Кельвина
Поскольку для тепловых машин (двигателей) охладителем является атмосферный воздух или вода из открытых водоёмов, уменьшить их температуру невозможно. Следовательно, для увеличения КПД необходимо увеличивать температуру нагревателя, точнее, температуру, до которой нагревается рабочее тело.
Во-первых, выхлопные газы загрязняют атмосферу, делают её непригодной для нормальной жизнедеятельности человека. Во-вторых, выделяющееся тепло изменяет климат Земли и наносит непоправимый вред природе. Поэтому задача человечества – переходить на более безопасные для окружающей среды двигатели.
Топливо бывает твёрдым, жидким и газообразным.
К твёрдым видам топлива относят уголь и торф
К жидким видам топлива относят нефть, бензин и другие нефтепродукты
К газообразным видам топлива относят природный газ
Отдельно можно выделить очень распространённое в последнее время – ядерное топливо.
Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании вещества, зависит от его массы и удельной теплоты сгорания:
Q = q·m |
Q – количество теплоты, Дж
m – масса вещества (топлива), кг q – удельная теплота сгорания, Дж/кг |
Удельная теплота сгорания – физическая величина, показывающая количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг вещества. Коэффициенты q для различных горючих веществ (топлива) измерены экспериментально и занесены в таблицы.
Измерить, сколько механической работы совершила машина, несложно. Тогда КПД машины можно вычислить по формуле:
Вычисления показывали, что КПД паровых машин в XIX веке был очень мал: около 1%. При этом ни у кого из физиков не было представления о том, каким может быть максимальный КПД и что могут сделать инженеры, чтобы его повысить.
Удельная теплота сгорания веществ, МДж/кг | ||||
Уголь | 30 | Бензин | 46 | |
Дрова | 10 | Керосин | 46 | |
Торф | 14 | Спирт | 27 | |
Водород (газ) | 120 | Природный газ | 44 |
η = | Aполезн | · 100% |
η – КПД тепловой машины, %
Aполезн – механическая работа, Дж Qполн – теплота сгоревшего топлива, Дж | ||
Qполн |
Во-первых, любой тепловой двигатель должен обязательно содержать нагреватель и охладитель. Это необходимо, чтобы рабочее тело (газ или пар) могло попеременно увеличивать и уменьшать объём, двигая при этом поршень и совершая работу.
Во-вторых, чем выше температура нагревателя и ниже температура охладителя, тем выше будет КПД. Для идеальной тепловой машины (теплового двигателя) Карно вывел формулу:
η = | Tнагр – Tохл | · 100% |
η – максимальный КПД двигателя, %
Tнагр – температура нагревателя, К Tохл – температура охладителя, К | ||
Tнагр |
В этой формуле Tнагр и Tохл – так называемые абсолютные температуры по шкале Кельвина
Поскольку для тепловых машин (двигателей) охладителем является атмосферный воздух или вода из открытых водоёмов, уменьшить их температуру невозможно. Следовательно, для увеличения КПД необходимо увеличивать температуру нагревателя, точнее, температуру, до которой нагревается рабочее тело.
Экологические проблемы использования тепловых машин.
Мы живём в XXI веке, который невозможно представить без электростанций и автомобилей. Большая доля электростанций в мире – тепловые, то есть сжигающие топливо (уголь или газ). Автомобили, работающие на электричестве, – редкость, все остальные сжигают топливо (бензин). При этом есть два губительных для окружающей среды обстоятельства.Во-первых, выхлопные газы загрязняют атмосферу, делают её непригодной для нормальной жизнедеятельности человека. Во-вторых, выделяющееся тепло изменяет климат Земли и наносит непоправимый вред природе. Поэтому задача человечества – переходить на более безопасные для окружающей среды двигатели.
Комментариев нет:
Отправить комментарий