"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Топливо — вещество, при сгорании которого выделяется энергия. Удельная теплота сгорания показывает, сколько теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива. Эта величина зависит от вида топлива и измеряется в Дж/кг. Зная её и массу топлива, можно рассчитать выделившееся количество теплоты по формуле Q = qm, а по известным Q и q — определить необходимую массу топлива.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Топливо — это вещество, при сгорании которого выделяется энергия. К топливу относят, например, дрова, уголь, бензин и природный газ. Понятие нужно, чтобы описывать вещества, которые используют для получения теплоты.
Удельная теплота сгорания топлива — это количество теплоты, выделяемое при полном сгорании 1 кг топлива. Её обозначают буквой q. Такая характеристика позволяет сравнивать разные виды топлива независимо от взятой массы.
Единица измерения удельной теплоты сгорания — джоуль на килограмм, Дж/кг. Численное значение q зависит от вида топлива, потому что разные вещества имеют различный состав и по-разному запасают энергию. Чем больше q, тем больше теплоты выделяет 1 кг топлива.
При сгорании топливо вступает в химическую реакцию с кислородом. Внутренняя энергия вещества преобразуется, и часть её передаётся окружающим телам в виде теплоты. Поэтому горящее топливо может нагревать воду, воздух или детали установки.
Удельная теплота сгорания нужна для сравнения топлива. Если полностью сжечь одинаковые массы дров и бензина, теплоты выделится разное количество, поскольку значения q у этих веществ различаются. Топливо с большим q даёт больше энергии при той же массе.
Пусть при сгорании 1 кг топлива выделяется q джоулей. Тогда при сгорании массы m таких килограммов одинаковых порций будет m, поэтому общее количество теплоты равно Q = qm. Если массу увеличить в 2 раза, число одинаковых порций также увеличится в 2 раза, и Q возрастёт во столько же раз.
Значение q для нужного вещества находят в таблице удельных теплот сгорания. Сначала определяют вид топлива, затем считывают соответствующее значение в Дж/кг и подставляют его в формулу. Большая табличная величина q означает, что для получения одинаковой теплоты потребуется меньшая масса топлива.
Формулу можно использовать и наоборот. Если известны выделившееся количество теплоты Q и характеристика топлива q, разделим обе части равенства Q = qm на q и получим m = Q/q. Так находят массу, которую нужно полностью сжечь для получения заданной энергии.
| Вид топлива | Удельная теплота сгорания q, Дж/кг | Количество теплоты при полном сгорании массы m, кг |
|---|---|---|
| Дрова | 1,0·10⁷ | 1,0·10⁷m |
| Каменный уголь | 3,0·10⁷ | 3,0·10⁷m |
| Бензин | 4,6·10⁷ | 4,6·10⁷m |
| Природный газ | 5,0·10⁷ | 5,0·10⁷m |
Чтобы воспользоваться таблицей, найдите в первом столбце нужный вид топлива и возьмите его q во втором столбце. Затем подставьте это значение и массу в формулу Q = qm. Третий столбец показывает, какое выражение получится для выбранного топлива.
При полном сгорании 0,5 кг топлива с q = 4,0·10⁷ Дж/кг найдём Q. Масса уже дана в килограммах, поэтому переводить единицы не требуется. Используем прямую формулу, так как известны q и m.
Ответ: при полном сгорании выделится 2,0·10⁷ Дж теплоты.
Известно, что выделилось Q = 6,0·10⁷ Дж, а q = 3,0·10⁷ Дж/кг. Нужно найти массу топлива, поэтому выразим её из основной формулы. Деление Q на q даст число килограммов.
Ответ: для получения указанного количества теплоты требуется 2 кг топлива.
Установке требуется Q = 1,2·10⁸ Дж. Для первого топлива q₁ = 4,0·10⁷ Дж/кг, для второго q₂ = 2,0·10⁷ Дж/кг. Массу каждого топлива найдём отдельно по формуле m = Q/q, предполагая полное сгорание и передачу всей теплоты установке.
Ответ: нужно 3 кг первого топлива или 6 кг второго; топливо с большим q расходуется в меньшей массе.
Ученик может перепутать q и Q. Величина q описывает вид топлива и относится к 1 кг, а Q зависит ещё и от массы. Проверьте обозначения в условии и единицы: у q есть «на килограмм», у Q — только джоули.
Нельзя подставлять массу в граммах, если q выражено в Дж/кг. Такая ошибка появляется из-за невнимательности к единицам. Перед вычислением переведите массу: 500 г = 0,5 кг.
При поиске массы иногда записывают m = q/Q вместо правильного m = Q/q. Ошибку легко обнаружить проверкой единиц: Дж разделить на Дж/кг даёт кг. Кроме того, подстановка найденной массы в Q = qm должна вернуть исходное Q.
Формула Q = qm даёт всю теплоту, выделившуюся при полном сгорании. В реальности часть энергии уходит на нагрев воздуха и самой установки. Поэтому не следует автоматически считать, что нагреваемое тело получает всё вычисленное количество теплоты.
Для решения задач нужны понятие количества теплоты, обозначение Q и единица энергии — джоуль. Эти знания помогают понимать, что именно рассчитывается при сгорании топлива.
Тема связана с тепловыми двигателями и энергетическими установками. Формулы позволяют оценивать расход топлива и сравнивать эффективность разных источников энергии.
Что показывает удельная теплота сгорания топлива?
Она показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива. Чем больше q, тем больше энергии даёт одинаковая масса топлива.
Почему у разных видов топлива разные значения q?
Разные вещества имеют разный химический состав и разную внутреннюю энергию. Поэтому при их сгорании одинаковых масс выделяется неодинаковое количество теплоты.
В каких единицах измеряется удельная теплота сгорания?
Удельную теплоту сгорания измеряют в джоулях на килограмм — Дж/кг. Это означает количество джоулей, выделяющееся при сгорании 1 кг топлива.
Как найти количество теплоты, выделившееся при сгорании топлива?
Нужно умножить удельную теплоту сгорания на массу топлива: Q = qm. Массу перед подстановкой выражают в килограммах, если q задано в Дж/кг.
Почему в реальных условиях нагреваемое тело получает не всю теплоту, выделившуюся при сгорании?
Часть энергии нагревает воздух, стенки установки и другие окружающие тела или рассеивается. Поэтому формула Q = qm описывает выделившуюся теплоту, а не всегда полезную теплоту, полученную установкой.
1. Удельная теплота сгорания
