manucoz.ru

                Урок № __

Тема :  Згоряння палива.Розрахунок кількості     теплоти внаслідок згоряння палива.

Мета уроку.

• Навчальна: ввести поняття питомої теплоти згорання палива, розкрити її фізичний зміст; навчити учнів розраховувати кількість теплоти, що виділяється в процесі згорання палива; продовжувати формувати знання про закон збереженні і перетворення енергії.
• Виховна:  иховувати в учнів свідоме розуміння ролі палива в економіці держави.
• Розвиваюча: розвивати логічне мислення та вміння розв’язувати задачі на розрахунок теплоти згорання палива.
• Компетентнісна: стимлювати учнів висловлювати власну точку зору.

Основні поняття: паливо, теплота згорання палива, кількість теплоти.

Обладнання: міні-підручник «Теплота згорання палива», дві свічки, банка, сірники, спиртівка, посудина з водою, термометр.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І. Організаційний момент

Розминка. Відгадування загадок.

• Коли він чорний – за ним доглядають, Коли червоний – сам людей обслуговує,

Коли сірий – його викидають. (Кам’яне вугілля.)

• Попід  землею вогонь  летить, а на плиті обід кипить.

(Газ.)

• Рук багато, а нога одна. (Дерево.)

Що об’єднує ці відгадки? (Відповіді учнів)

ІІ. Актуалізація опорних знань

Інтерактивна вправа «Тест» із самоперевіркою.

1. Фізична величина, яка характеризує стан теплової рівноваги і є мірою кінетичної енергії руху частинок, з

яких складається тіло.

2.    Шлях, яким лише у вакуумі відбувається передача енергії.

3.   Фізична величина, значення якої дорівнює енергії, яку тіло одержує або віддає в процесі теплопередачі.

4.  Енергія руху і взаємодії частинок, з яких складається тіло.

5. Фізична величина, яка характеризує речовину і чисельно дорівнює кількості теплоти, яку необхідно надати речовині

масою 1кг, щоб нагріти її на 1⁰С.

6.  Основною одиницею вимірювання кількості теплоти є:

7. Кількість теплоти, що виділяється в процесі охолодження речовини визначається за формулою:

8.   Точки на шкалі термометра, які пов’язанні з якимось фізичними процесами, які легко відтворити називають:

9.   В результаті виконання роботи над тілом, його внутрішня енергія…

В результаті правильного виконання завдання, учні зможуть прочитати тему уроку.

ІІІ. Оголошення теми та мети уроку

Демонстрація. Візьмемо коробку із сірниками, витягнемо один із сірників. Перед вами – два холодних тіла. Але якщо потерти головку сірника об коробку, то сірник спалахне. Звідки береться ця енергія? Завдяки виконаній роботі? Але якщо навіть довго й з зусиллям терти сірник об коробку другим кінцем, стільки теплоти не виділиться? Відповідь на запитання, ми спробуємо віднайти сьогодні.

У житті ми часто намагаємося збільшити температуру якогось тіла (нагріти повітря в кімнаті, воду в чайнику і т.д.).

Яким чином ми робимо це з вами найчастіше? (Відповіді учнів: використовуємо електроенергію, енергію, що виділяється при згорянні палива.)

Сьогодні ми зупинимося на енергії, що виділяється при згоранні палива. Чи однаково вона виділяється при згоранні різних видів палива? Як знайти її значення? Які існують види палива?

ІV. Формування нових знань

Отож, у житті ми часто маємо потребу збільшити температуру якогось тіла. Так, щоб у кімнаті стало тепліше,

слід збільшити температуру води в батареях опалення, щоб приготувати їжу — температуру повітря в духовці. Здавна людство для збільшення температури використовувало енергію, яка виділяється під час хімічної реакції горіння

палива.

З’ясуймо, за яких умов відбувається повне згорання палива і які його наслідки.

Демонстрація. Запалимо свічку. Вона буде горіти. Накриємо її скляною посудиною. Через певний час свічка згасне. Чому?

З курсу хімії ви вже знаєте, що реакція горіння, — а зазвичай це є реакція взаємодії Карбону або Гідрогену з Оксигеном, — екзотермічна реакція, тобто реакція, яка відбувається з виділенням теплоти.

Під час повного згорання палива утворюється вуглекислий газ. Горіння пов’язане з руйнуванням одних молекул і утворенням інших.

Під час неповного згорання вуглецю, що міститься в паливі, в печах або котлах, у ДВЗ, виділяється оксид вуглецю (чадний газ СО). Ця сполука – сильна отрута! Вона не має кольору, запаху (в чистому вигляді), трохи легший за повітря, погано розчинається у воді. Він краще, ніж кисень сполучається з гемоглобіном крові. Виникає кисневе голодування, що супроводжується головним болем, непритомністю. Якщо в повітрі приміщення міститься 0,4% чадного газу, то в наслідок сильного отруєння настає смерть. З метою надання першої медичної допомоги необхідно потерпілого винести на свіже повітря, зробити штучне дихання, рекомендується вдихати легкий розчин аміаку.

Паливом можуть слугувати як природні речовини (кам'яне вугілля, нафта, торф, дрова, природний газ), так і

спеціально одержані людиною (гас, бензин, деревне вугілля, етиловий спирт тощо). Усі види палива мають внутрішню енергію, що накопичується під впливом сонячного проміння.

Як бачимо, паливо буває твердим (кам'яне вугілля, торф, дрова, сухий спирт), рідким (нафта, гас, бензин, дизельне паливо) і газоподібним (природній газ, пропан, бутан).

Паливо

Об’єднайте, відомі вам види палива на групи за агрегатними станами.

Паливо

Для сучасної цивілізації паливо — необхідна умова існування. Для роботи транспорту, різних механізмів у промисловості й сільському господарстві, обігрівання житла та готування їжі людина перетворює енергію палива в інші форми.

Бесіда за запитаннями:

• Наведіть приклади використання енергії палива у відомих вам галузях виробництва, в транспорті, побуті.
• Скільки палива, на вашу думку, протягом року використовують усі споживачі в нашій країні? (ТЕС з потужністю 2,4млн.кВт споживає за добу 100 вагонів вугілля, а за рік 2млн тонн.)
• Скільки тонн кам’яного вугілля, газу, торфу видобувають в Україні?

Розповіді учнів :

Торф – порода, утворена протягом тисяч років із недорозкладенних рослинних залишків (трав, мохів, деревини), які внаслідок високої вологості та поганого доступу повітря мінералізувалися лише частково.

Давня назва торфу – горюча земля. Вперше згадується у 46р.н.е., нею жителі Західної Європи користувалися для нагрівання їжі. У країнах Західної Європи видобуток і використання торфу широко розвивалися в ХІІ – ХVІІІ ст. У Росії на торф’яне паливо вперше неабияк зважив Петро І, який 1696р. видав наказ видобувати торф у Воронежі.

На сьогодні торф використовують у сільському господарстві та тваринництві, медицині, біохімії та енергетиці. Розвиток сучасний виробничих технологій дозволяє отримати дуже родючі ґрунти, де вирощують харчові рослини, добрива, стимулятори росту рослин, ізоляційні та пакувальні матеріали, графіт. На сьогодні з торфу отримують понад 100 основних хімічних виробів, з них метиловий і етиловий спирт, фенол, віск, парафін, молочну, оцтову та щавельну кислоти, аміак та

інші. Торф має бактерицидну та лікувальну властивість, використовували для бальзамування.

Торф – непогане паливо. Перші електростанції, побудовані в Радянському Союзі на початку 1920-х років працювали саме на місцевому торфі. Важливою перевагою торфу є те, що торфові волокна містять кисень, тому здатні горіти без додаткової подачі кисню. Під час висушування торфу, отримують горючий газ – торф’яний газ.

Торф містить 50-60% вуглецю. Вік сучасних торфовищ вимірюється 5-10тисячами років. Усі торф’яники зазвичай дуже заводненні й заболоченні. Торф іноді вкритий невеликим шаром ґрунту. Близько 60% усіх заболочених територій у світі мають запаси торфу. За деякими оцінками, світові запаси торфу складають близько 267 мільярдів тонн.

Великі родовища торфу в Україні: Львівська область, Городецький район, смт. Великий Любінь; Рівненська обл., Дубровицький район.

Природній газ – суміш газів, що утворилися в надрах землі при анаеробному розкладанні органічних речовин.

Природній газ є корисною копалиною. Часто є побічним газом при видобутку нафти. Природній газ у пластових умовах (злягання в землі) знаходиться в газоподібному стані у вигляді окремих скупчень або у вигляді газової шапки – це вільних газ, або розчинений в нафті чи воді. Є труйною речовиною. Із газових компонентів особливо токсичним є сірководень. Якщо його концентрація перевищує 1 міліграм на літр повітря, то можливий параліч органів диханні та серця людини.

Природній газ знаходиться на глибині 1-6км під високим тиском. 30-32% світових запасів природного газу належать Росії. На другому місті Іран (15% світових запасів). Також великі запаси мають Норвегія, США, Канада.

Україна видобуває за рік 18-19млрд м³ газу. Станом на 2009рік Україна мала 560 мільярдів м³ розвіданих запасів природного газу (33-є місце в світі). Нерозвідані запаси газу оцінюються в 4,5 трильйони м³. Перспективними родовищами

природного газу можуть стати шельфи Чорного та Азовського морів.

Кам’яне вугілля – тверда горюча корисна копалина, один із видів вугілля викопного, проміжний між бурим вугіллям і антрацитом.

Щільна порода чорного, іноді сіро-чорного кольору. Блиск смоляний або металічний.

Містить 75-92% вуглецю, 1,5-15% кисню. Залягає кам’яне вугілля у формі пластів товщиною від кількох сантиметрів до декількох десятків метрів,на глибині від 2,5км і глибше.

Найбільші запаси кам’яного вугілля в Україні зосередженні в Донецькому кам’яновугільному басейні та у Львівсько-Волинському вугільному басейні. За кордоном – в Карагандинському, Південно-Якутському, Тунгуському, Пенсільванському, Шансі, Південно-Уельському.

Кам’яне вугілля використовується як технологічна, енерготехнологічна і енергетична сировина при виробництві коксу, фенолу, нафталіну, на основі яких одержують добрива, пластмаси, синтетичні волокна, лаки, фарби.

Один із перспективних напрямків використання кам’яного вугілля – скраплення (зрідження) – отримання рідкого палива.

Під час переробки камінного вугілля отримують також: активоване вугілля, штучний графіт, германій, сірку, галій, свинець, цинк.

Для задоволення потреб економіки Україна щороку використовує близько 100 мільйонів тонн вугілля, з яких майже 80мільйонів тонн видобувається вітчизняними підприємствами.

Різні види палива відрізняються один від одного за теплотворною здатністю.

Для кількісної характеристики теплотворної здатності палива застосовують фізичну величину, яку називають питомою теплотою згорання палива.

Питома теплота згоряння палива — це фізична величина, яка характеризує певне паливо і чисельно дорівнює кількості теплоти, що виділяється в процесі повного згоряння 1кг палива.

Питому теплоту згоряння палива позначають символом q та обчислюють за формулою: , де Q - кількість теплоти, що

виділяється в ході повного згоряння палива масою m.

З формули для визначення питомої теплоти згоряння палива дістанемо одиницю цієї величини в СІ — джоуль на

кілограм  ^Дж_кг.

Питому теплоту згоряння різних видів палива визначають у лабораторних умовах і заносять до таблиць.

Знаючи питому теплоту згорання палива й масу палива, легко обчислити кількість теплоти, яка виділяється під час повного згорання палива: .

Бесіда з учнями за запитаннями:

1. Кожне паливо у присутності повітря і контакті з вогнем

загорається при певній температурі: наприклад, мазут – при 55⁰С, суха деревина – при 300⁰С, кам’яне вугілля – при 600⁰ С. Чи можна зразу засипати в котел кам’яне вугілля?

(Не можна, кам’яне вугілля не загориться, тому що в котлі не досягнуто відповідної температури).

2. Яке паливо дає найбільший енергетичний ефект? Чому?
3. Чого потрібно спалити більше торфу чи нафти, щоб отримати однакову кількість теплоти?

Не всю енергію, що виділилася при згоранні палива, ми можемо використати корисно. Частина енергії передається навколишньому середовищу. Тому доцільно ввести поняття ККД нагрівальної установки.

Величина, що показує, яку частину становить корисно використовувана теплота _к від усієї, що виділилася при згоранні палива _п , називається коефіцієнтом корисної дії нагрівача.

Коефіцієнтом корисної дії нагрівача називають виражене у відсотках відношення кількості теплоти, витраченої на нагрівання, до кількості теплоти, виділеної при повному

«викиду тепла» у навколишній простір, ККД нагрівача буде дуже низьким. Розглянемо приклад.

Уявіть себе туристами. Ви декілька годин піднімалися крутими схилами Карпатських гір, і вирішили перепочити, зігрітися гарячим чаєм. Щоб довести до кипіння воду в повному трилітровому казанку, вам довелося зібрати і спалили 2кг сухих дров. Яка частина кількості теплоти, що виділилася при згоранні дров, пішла на нагрівання води, якщо початкова

Обчислення дають 4,2%.

Цей розрахунок показує, наскільки великі теплові втрати «біля багаття». Правда, їх не можна зовсім вважати «втратами»: адже ми могли грітися, поки на ньому підігрівався казанок з водою.

У техніці для підвищення ККД нагрівача вживають заходи щодо зменшення теплових втрат: нагрівач і тіло, що нагрівають, розміщають у спеціальній оболонці, щоб зменшити викид тепла в навколишнє середовище.

V. Закріплення вивченого матеріалу

Розв’язування задач:

1. Щоб нагріти воду в баку, треба затратити 66МДж теплоти. Скільки для цього треба спалити природного газу?

2. Під час згорання пороху виділилося 18МДж енергії. Визначити питому теплоту згорання пороху.
3. Визначити масу кам’яного вугілля, яке під час згорання виділяє таку саму кількість теплоти, як і під час згорання 10т бензину?
4. Кімната має розміри 5:4:3м. Скільки потрібно спалити

сухих дров, щоб підвищити температуру повітря в кімнаті на 15⁰С. Вважати, що вся теплота іде на нагрівання повітря.

VІ. Підсумок уроку

Інтерактивна вправа «Ланцюжок».

Учням пропонується дати відповіді на сім запитань. У словах – відповідях вибрати відповідну літеру і записати її у клітинку. В результаті виконання завдання учні зможуть прочитати зашифроване слово.

1. Фізична величина, що є мірою внутрішньої енергії тіла і характеризує тепловий стан тіла. (Температура.)
2. Назвіть одним словом: гас, бензин, нафта… (Паливо.)
3. Основні   одиниці   вимірювання   кількості   теплоти.

(Джоуль.)

4. М’яке вугілля, яке залягає біля поверхні у помірних кліматах Землі. (Торф)
5. Речовина, що має питому теплоємність у 4200Дж/кг⁰С.

(Вода)

6. Вид теплопередачі в результаті якого енергія переноситься потоками речовини. (Конвекція)
7. Одиниця вимірювання температури в СІ (Кельвін)