В процесі еволюції людина навчилася отримувати теплову енергію в результаті спалювання різних горючих речовин. При цьому з’ясувалося, що однакова вага різних категорій палива дає різну кількість енергії.
Наприклад, при спалюванні природного газу виділяється більше тепла, ніж при горінні дров. Фізична величина, що показує кількість тепла, яке утворюється при спалюванні палива вагою 1 кг, називається питомою теплотою згоряння. Її формула:
q = Q/m
Прийняті позначення і одиниці виміру
Питома теплота згоряння позначається малою літерою q, а для кількості тепла прийнято позначення великої Q.
Формула питомої теплоти горіння газів:
q = Q/V
де
- V – об’єм газу
Міжнародною одиницею виміру є Дж/м3.
Вимірювання кількості теплоти горіння
Чим вище питома теплоємність пального матеріалу, тим економічніша його витрата. Кількість теплоти, яка утворюється при горінні палива, можна обчислити наступними способами.
- Теоретичний спосіб. Знаючи, що таке питома теплота згоряння палива і формулу, можна вивести формулу знаходження кількості тепла. Отже, якщо q = Q/ m та Q = q * m.
- Практичний спосіб. На практиці кількість теплоти, що утворюється внаслідок реакції горіння, вимірюється за допомогою спеціальних судин — калориметрів. Калориметр показує кількість енергії, яка виділяється в результаті повного спалювання певної речовини в контейнері, який поміщений у воду. За різницею показання температур води визначають кількість енергії, що виділилася.
Табличні дані
На сьогодні виміряні q всіх відомих речовин. У таблиці наведені значення q для найбільш поширених горючих матеріалів:
| Вид палива | q в мДЖ/кг |
| Метан | 50,1 |
| Природний газ | 46,1 |
| Бензин | 43,6 |
| Нафта | 41 |
| Мазут | 39,2 |
| Спирт | 27 |
| Деревне вугілля | 31 |
| Кам’яне вугілля | 29,3 |
| Метанол | 22,7 |
| Сухі дрова | 15 |
| Торф | 8,1 |
| Порох | 3,8 |
Реальна кількість тепла, що виділяється в результаті горіння, може відрізнятися від табличних даних в залежності від наступних факторів:
- вологість – наявність вологи в паливі знижує теплоту його згоряння, оскільки підвищуються витрати енергії на випаровування зайвої води;
- зольність – вміст в паливі мінеральних домішок зменшує процентний вміст горючих речовин;
- сірчистість – при спалюванні горючого матеріалу, що містить домішки сполук сірки, утворюється сірчистий газ, який зменшує концентрацію кисню, необхідного для підтримки процесу спалювання.
Розв’язання задач
Рішення типових завдань на тему “кількість тепла при згорянні палива” (Фізика, 7 клас) полягає у визначенні енергії горіння речовин і необхідної маси (об’єму) палива. При цьому використовують табличні дані q.
Задача 1
Дано. Скільки енергії виділяється при спалюванні 100 кг торфу?
Рішення:
Q = q * m
Q = 8,1 * 106 Дж/кг * 100 кг = 810 * 106 Дж = 8,1 * 108 Дж
Відповідь: 8,1 * 10 8 Дж.
Задача 2
Дано. Треба знайти, який об’єм природного газу згорів, якщо відомо, що при цьому виділилося 23 мДж тепла.
Рішення:
Знаючи, що формула кількості теплоти, що виділяється при згорянні палива: Q = q * V, знаходимо V = Q/q
V = 23 * МДж / 46,1 * МДж/м3 = 0.5 м3.
Відповідь: 0,5 м3.
Задача 3
Дано. На скільки кілограм кам’яного вугілля необхідно взяти більше ніж деревного вугілля, щоб отримати рівну кількість тепла рівну 62 мДж?
Рішення:
Q = q * m, отже, m = Q/q
mд.в. = 62 мДж / 31 мДж / м3 = 2 кг
mк.в. = 62 мДж / 29,3 мДж / м3 = 2,11 кг
2,11 кг – 2 кг = 0,11 кг.
Відповідь: на 0,11 кг.
У промисловості, порівнюючи енергетичну цінність різних категорій горючих матеріалів, підбирають найбільш економічно вигідні з них. Але при цьому потенційний вибір палива не обмежується його ефективністю, а залежить від технічних можливостей підприємства.
