8 класс. Энергия топлива. Удельная теплота сгорания

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.

Видео

Сравнение с другими видами горючего

Рассматриваемый показатель очень удобен для оценки потенциального количества тепла, содержащегося в топливе. Например, теплота сгорания бензина на единицу массы сопоставима с таким же показателем у керосина, но первый значительно плотнее. Как следствие, в таком же сравнении литр бензина содержит меньше энергии.

Удельная теплота сгорания нефти как смеси углеводородов зависит от её плотности, которая непостоянна для различных месторождений (43-46 МДж/кг). Расчётные методы позволяют с высокой точностью определить это значение, если есть исходные данные о её составе.

Усреднённо показатели для некоторых видов горючих жидкостей, входящих в состав нефти, выглядят так (в МДж/кг):

  • дизельное топливо — 42-44;
  • бензин — 43-45;
  • керосин — 43-44.

Калорийность твёрдых видов горючего, таких как торф и уголь, имеет больший разбег. Это связано с тем, что их состав может сильно отличаться как по содержанию несгораемых веществ, так и по калорийности углеводородов. Например, теплотворная способность торфа различных типов может колебаться в пределах 8-24 МДж/кг, а каменного угля — 13-36 МДж/кг. Среди распространённых газов большой теплотворностью отличается водород — 120 МДж/кг. Следующий по удельной теплоте сгорания — метан (50 МДж/кг).

Это интересно: торфяные брикеты для отопления.

Можно сказать, что керосин — топливо, выдержавшее испытание временем именно благодаря сравнительно высокой энергоёмкости при низкой цене. Его применение не только экономически оправдано, но и в некоторых случаях безальтернативно.

Удельная теплота сгорания топлива

Теплота сгорания топлива определяет количество полностью сгоревшего горючего и полученную при этом процессе энергию. Эта величина определяет энергетическую ценность топлива.

Удельная теплота фигурирует в формуле количества теплоты, выделяемого при сгорании топлива.

Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива

Q = q*m

Q — количество теплоты [Дж]

q — удельная теплота сгорания [Дж/м3]

m — масса [кг]

Удельная теплота сгорания — это табличная величина, которая определяется экспериментально достаточно непростыми методами.

Ниже представлены таблицы с некоторыми значениями удельной теплоты сгорания.

Твердое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бурый уголь

9,3

Древесный уголь

29,7

Сухие дрова

8,3

Древесные чурки

15,0

Каменный уголь

марки А-I

20,5

Каменный уголь

марки А-II

30,3

Кокс

30,3

Порох

3,0

Торф

15,0

Жидкое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бензин, нефть

46,0

Дизельное топливо

42,0

Керосин

43,0

Мазут

40,0

Этиловый спирт

27,0

Газообразное топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/м³

Водород

120,8

Генераторный газ

5,5

Коксовый газ

16,4

Природный газ

35,5

Светильный газ

21,0

Виды теплоты сгорания топлива

Виды теплоты сгорания топлива

    • низшая теплота сгорания топлива;
    • высшая теплота сгорания топлива;

Низшая теплота сгорания топлива (QН)— количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива без конденсации водяного пара.

Высшая теплота сгорания топлива (QВ)— количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива, охлаждении продуктов сгорания до температуры топлива и конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода, входящего в состав топлива.

Взаимосвязь высшей и низшей теплоты сгорания с учетом теплоты конденсации водяного пара  имеет вид:

QВ=QН+k(W+9H),

где k — коэффициент, равный 25 кДж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).

В России при расчетах чаще всего используют низшую теплоту сгорания топлива (QН), выраженную в МДж/кг ( МДж/м3) или в Гкал/кг ( Гкал/м3).

Виды удельной теплоты сгорания топлива

    • объемная, приведенные к 1 м3 (как правило при стандартных условиях);
    • массовая, приведенные к 1 кг.

Массовую удельную теплоты сгорания используют, как характеристику твердого и жидкого топлива. Объемную удельную теплоту сгорания обычно используют, как характеристику газообразного топлива.

Газообразное топливо — природный газ
Твердое топливо
Твердое топливо — дрова
Твердое топливо — каменный уголь

Удельная теплота сгорания

При сгорании разных видов топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Для того чтобы характеризовать каждый вид топлива используют такую величину, как удельная теплота сгорания. При проектировании двигателей эта величина помогает рассчитать, какое количество теплоты может выделить сжигаемое топливо.

Удельная теплота сгорания топлива — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой $1 \space кг$.

  • Обозначается буквой $q$
  • Единица измерения — $1 \frac{Дж}{кг}$

Величину удельной теплоты сгорания устанавливают на опыте. Мы будем использовать уже готовые результаты таких исследований, представленные в таблице 1.

Вещество$q, \space \frac{Дж}{кг}$ Вещество $q, \space \frac{Дж}{кг}$
Порох$0.38 \cdot 10^7$Древесный уголь $3.4 \cdot 10^7$
Дрова сухие $1.0 \cdot 10^7$Природный газ $4.4 \cdot 10^7$
Торф $1.4 \cdot 10^7$Нефть $4.4 \cdot 10^7$
Каменный уголь $2.7 \cdot 10^7$Бензин $4.6 \cdot 10^7$
Спирт $2.7 \cdot 10^7$Керосин $4.6 \cdot 10^7$
Антрацит $3.0 \cdot 10^7$Водород $12 \cdot 10^7$
Таблица 1. Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива

Возьмем табличное значение удельной теплоты сгорания нефти — $4.4 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$. Эта величина говорит нам о том, что при полном сгорании нефти массой  $1 \space кг$ выделяется $4.4 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$ энергии.

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов (стройматериалы, древесина, бумага, пластик, солома, резина и т. д.). Следует отметить материалы с высоким тепловыделением при сгорании. К таким материалам можно отнести: каучук различных типов, пенополистирол (пенопласт), полипропилен и полиэтилен.

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материаловТопливоУдельная теплота сгорания, МДж/кг

Бумага17,6
Дерматин21,5
Древесина (бруски влажностью 14 %)13,8
Древесина в штабелях16,6
Древесина дубовая19,9
Древесина еловая20,3
Древесина зеленая6,3
Древесина сосновая20,9
Капрон31,1
Карболитовые изделия26,9
Картон16,5
Каучук бутадиенстирольный СКС-30АР43,9
Каучук натуральный44,8
Каучук синтетический40,2
Каучук СКС43,9
Каучук хлоропреновый28
Линолеум поливинилхлоридный14,3
Линолеум поливинилхлоридный двухслойный17,9
Линолеум поливинилхлоридный на войлочной основе16,6
Линолеум поливинилхлоридный на теплой основе17,6
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе20,3
Линолеум резиновый (релин)27,2
Парафин твердый11,2
Пенопласт ПХВ-119,5
Пенопласт ФС-724,4
Пенопласт ФФ31,4
Пенополистирол ПСБ-С41,6
Пенополиуретан24,3
Плита древесноволокнистая20,9
Поливинилхлорид (ПВХ)20,7
Поликарбонат31
Полипропилен45,7
Полистирол39
Полиэтилен высокого давления47
Полиэтилен низкого давления46,7
Резина33,5
Рубероид29,5
Сажа канальная28,3
Сено16,7
Солома17
Стекло органическое (оргстекло)27,7
Текстолит20,9
Толь16
Тротил15
Хлопок17,5
Целлюлоза16,4
Шерсть и шерстяные волокна23,1

Теги

Adblock
detector