Удельная теплота сгорания - формула, физический смысл и решение задач

Принятые обозначения и единицы измерения

Удельная теплота сгорания обозначается строчной буквой q, а для количества тепла принято обозначение прописной Q.

Международная единица измерения — Дж/кг, но чаще используют мегаджоули (мДж/кг).

Формула удельной теплоты горения газов:

q = Q/V, где V — объем газа.

Международной единицей измерения является Дж/м³.

Измерение количества теплоты горения

Чем выше удельная теплоемкость горючего материала, тем экономичнее его расход. Количество теплоты, которая образуется при горении топлива, можно вычислить следующими способами.

1. Теоретический способ. Зная, что такое удельная теплота сгорания топлива и ее формулу, можно вывести формулу нахождения количества тепла. Итак, если q = Q/m, то Q = q * m.
2. Практический способ. На практике количество теплоты, образующейся вследствие реакции горения, измеряется при помощи специальных сосудов — калориметров. Калориметр показывает количество энергии, которая выделяется в результате полного сжигания определенной навески вещества в контейнере, помещенном в воду. По разнице показания температур воды определяют количество выделившейся энергии.

Табличные данные

На сегодняшний день измерены q всех известных веществ. В таблице приведены значения q для наиболее распространенных горючих материалов:

Реальное количество тепла, выделяемого в результате горения, может отличаться от табличных данных в зависимости от следующих факторов:

• влажность — наличие влаги в топливе понижает теплоту его сгорания, так как повышаются затраты энергии на испарение излишней воды;
• зольность — содержание в топливе минеральных примесей уменьшает процентное содержание горючих веществ в навеске;
• сернистость — при сжигании горючего материала, содержащего примеси соединений серы, образуется сернистый газ, который уменьшает концентрацию кислорода, необходимого для поддержания процесса сжигания.

Решение задач

Решение типичных задач по теме «Количество тепла при сгорании топлива» (физика, 7 класс) заключается в определении энергии горения веществ и необходимой массы (объема) топлива. При этом используют табличные данные q.

Сколько энергии выделяется при сжигании 100 кг торфа?

Решение:

Q = q * m

Q = 8,1 * 10 ⁶ Дж/кг * 100 кг = 810 * 10 ⁶ Дж = 8,1 * 10 ⁸ Дж

Ответ: 8,1 * 10 ⁸ Дж.

Найти, какой объем природного газа сгорел, если известно, что при этом выделилось 23 мДж тепла.

Решение:

Зная, что формула количества теплоты, выделяемой при сгорании топлива: Q = q * V, находим V = Q/q

V = 23 * мДж/46,1 * мДж/м³ = 0.5 м ³.

Ответ: 0,5 м ³.

На сколько килограмм каменного угля необходимо взять больше чем древесного угля, чтобы получить равное количество тепла 62 мДж?

Решение:

Q = q * m, следовательно, m = Q/q

m д. у. = 62 мДж/31 мДж/м³ = 2 кг

m к. у. = 62 мДж/29,3 мДж/м³ = 2,11 кг

2,11 кг — 2 кг = 0,11 кг.

Ответ: на 0,11 кг.

В промышленности, сравнивая энергетическую ценность различных категорий горючих материалов, подбирают наиболее экономически выгодные из них. Но при этом потенциальный выбор топлива не ограничивается его эффективностью, а зависит от технических возможностей предприятия.