Care este căldura specifică de ardere a combustibilului. Ce să alegi: benzină sau motorină

Mașini termiceîn termodinamică, acestea funcționează periodic motoare termice și mașini frigorifice (termocompresoare). Un tip de mașină de refrigerare este pompa de căldură.

Dispozitive care funcționează lucru mecanic datorită energiei interne a combustibilului, sunt numite motoare termice (motoare termice). Pentru funcționarea unui motor termic sunt necesare următoarele componente: 1) o sursă de căldură cu un nivel de temperatură mai ridicat t1, 2) o sursă de căldură cu un nivel de temperatură mai scăzut t2, 3) un fluid de lucru. Cu alte cuvinte: toate motoarele termice (motoarele termice) constau în încălzitor, frigider și lichid de lucru .

Ca fluid de lucru se folosesc gaz sau abur, deoarece sunt bine comprimate și, în funcție de tipul de motor, poate exista combustibil (benzină, kerosen), vapori de apă etc. Încălzitorul transferă o anumită cantitate de căldură (Q1) fluidului de lucru , iar energia sa internă crește datorită acestei energii interne, se efectuează un lucru mecanic (A), apoi fluidul de lucru degajă o anumită cantitate de căldură către frigider (Q2) și este răcit la temperatura inițială. Diagrama descrisă reprezintă ciclul de funcționare a motorului și este generală în motoarele reale, poate fi jucat rolul unui încălzitor și al unui frigider; diverse dispozitive. Mediul poate servi drept frigider.

Deoarece în motor o parte a energiei fluidului de lucru este transferată la frigider, este clar că nu toată energia pe care o primește de la încălzitor este folosită pentru a lucra. Respectiv, eficienţă motorul (eficiența) este egală cu raportul dintre munca efectuată (A) și cantitatea de căldură pe care o primește de la încălzitor (Q1):

Motor cu ardere internă (ICE)

Există două tipuri de motoare ardere internă(GHEAŢĂ): carburatorŞi diesel. Într-un motor cu carburator, amestecul de lucru (un amestec de combustibil și aer) este pregătit în afara motorului într-un dispozitiv special și din acesta intră în motor. ÎN motor diesel amestecul combustibil se prepară în motorul propriu-zis.

ICE constă din cilindru , în care se mișcă piston ; sunt în cilindru două supape , prin unul dintre care amestecul combustibil este admis în cilindru, iar prin celălalt se evacuează din cilindru gazele de evacuare. Utilizarea pistonului mecanism manivelă se conectează cu arborele cotit , care intră în rotație la mișcare înainte piston Cilindrul este închis cu un capac.

Ciclul de funcționare a motorului cu ardere internă include patru bare: admisie, compresie, cursa, evacuare. În timpul admisiei, pistonul se mișcă în jos, presiunea în cilindru scade și un amestec combustibil (într-un motor cu carburator) sau aer (într-un motor diesel) intră în el prin supapă. Supapa este închisă în acest moment. La sfârșitul admisiei amestecului combustibil, supapa se închide.

În timpul celei de-a doua curse, pistonul se mișcă în sus, supapele sunt închise și amestecul de lucru sau aerul este comprimat. În același timp, temperatura gazului crește: amestecul combustibil dintr-un motor cu carburator se încălzește până la 300-350 °C, iar aerul dintr-un motor diesel - până la 500-600 °C. La sfârșitul cursei de compresie, o scânteie sare în motorul carburatorului și amestecul combustibil se aprinde. Într-un motor diesel, combustibilul este injectat în cilindru și amestecul rezultat se aprinde spontan.

Când un amestec combustibil este ars, gazul se extinde și împinge pistonul și arborele cotit conectat la acesta, efectuând lucrări mecanice. Acest lucru face ca gazul să se răcească.

Când pistonul atinge punctul cel mai de jos, presiunea din el va scădea. Când pistonul se mișcă în sus, supapa se deschide și gazele de eșapament sunt eliberate. La sfârșitul acestei curse supapa se închide.

Turbină cu abur

Turbină cu abur Este un disc montat pe un arbore pe care sunt montate lamele. Aburul intră în lame. Aburul încălzit la 600 °C este direcționat în duză și se extinde în ea. Când aburul se extinde, energia sa internă este transformată în energie cinetică a mișcării direcționate a jetului de abur. Un jet de abur vine de la duză pe paletele turbinei și transferă o parte din energia sa cinetică către acestea, determinând turbina să se rotească. De obicei, turbinele au mai multe discuri, fiecare transferând o parte din energia aburului. Rotația discului este transmisă unui arbore la care este conectat un generator de curent electric.

Când combustibili diferiți de aceeași masă sunt arse, aceștia se eliberează cantități diferite căldură. De exemplu, este bine cunoscut faptul că gazul natural este un combustibil eficient din punct de vedere energetic decât lemnul. Aceasta înseamnă că pentru a obține aceeași cantitate de căldură, masa de lemn care trebuie ars trebuie să fie semnificativ mai mare decât masa de gaz natural. Prin urmare, diverse tipuri combustibilii din punct de vedere energetic se caracterizează printr-o cantitate numită căldura specifică de ardere a combustibilului .

Căldura specifică arderea combustibilului - mărime fizică, care arată câtă căldură este eliberată în timpul arderii complete a combustibilului cu o greutate de 1 kg.

Substanțele de origine organică includ combustibili care, atunci când sunt arse, eliberează o anumită cantitate de energie termică. Producția de căldură trebuie să fie caracterizată prin eficiență ridicată și absența efectelor secundare, în special a substanțelor dăunătoare sănătății umane și mediului.

Pentru ușurința încărcării în focar, materialul lemnos este tăiat în elemente individuale de până la 30 cm lungime. Pentru a crește eficiența utilizării lor, lemnul de foc trebuie să fie cât mai uscat posibil, iar procesul de ardere trebuie să fie relativ lent. În multe privințe, lemnul din foioase, cum ar fi stejarul și mesteacănul, alunul și frasinul și păducelul sunt potrivite pentru încălzirea spațiilor. Datorită conținutului ridicat de rășină, vitezei de ardere crescute și puterii calorice scăzute conifereîn acest sens sunt semnificativ inferiori.

Trebuie înțeles că valoarea puterii calorice este afectată de densitatea lemnului.

Acest material natural origine vegetală, extras din roca sedimentară.

În această formă combustibil solid conţin carbon şi altele elemente chimice. Există o împărțire a materialului în tipuri în funcție de vârsta acestuia. Cărbunele brun este considerat cel mai tânăr, urmat de cărbunele tare, iar antracitul este mai vechi decât toate celelalte tipuri. Vârsta unei substanțe combustibile determină și conținutul de umiditate al acesteia, care este mai prezent în materialul tânăr.

În timpul arderii cărbunelui, are loc poluarea mediului, iar pe grătarele cazanului se formează zgură, care într-o anumită măsură creează un obstacol în calea arderii normale. Prezența sulfului în material este, de asemenea, un factor nefavorabil pentru atmosferă, deoarece în spațiul aerian acest element este transformat în acid sulfuric.

Cu toate acestea, consumatorii nu ar trebui să se teamă pentru sănătatea lor. Producătorii acestui material, având grijă de clienții privați, se străduiesc să reducă conținutul de sulf din acesta. Puterea termică a cărbunelui poate varia chiar și în cadrul aceluiași tip. Diferența depinde de caracteristicile subspeciei și de conținutul acesteia minerale, precum și geografia producției. Nu numai cărbunele pur se găsește ca combustibil solid, ci și cărbunele slab îmbogățit zgură de cărbune, presat în brichete.

Peleții (granule de combustibil) sunt combustibili solizi creați industrial din lemn și deșeuri vegetale: așchii, scoarță, carton, paie.

Materia prima, zdrobita in praf, se usuca si se toarna intr-un granulator, de unde iese sub forma de granule de o anumita forma. Pentru a adăuga vâscozitate masei, se folosește un polimer vegetal, lignina. Complexitatea procesului de producție și cererea mare determină costul peleților. Materialul este utilizat în cazane special echipate.

Tipurile de combustibil sunt determinate în funcție de materialul din care sunt prelucrate:

• cherestea rotundă de copaci de orice specie;
• paie;
• turbă;
• coajă de floarea soarelui.

Printre avantajele pe care le au peleții de combustibil, merită remarcate următoarele calități:

• prietenos cu mediul;
• incapacitatea de a se deforma și rezistența la ciuperci;
• depozitare usoara chiar si in aer liber;
• uniformitatea și durata arderii;
• cost relativ scăzut;
• Posibilitate de utilizare pentru diverse dispozitive de incalzire;
• dimensiunea granulelor adecvate pentru încărcarea automată într-un cazan special echipat.

Brichete

Brichetele sunt combustibili solizi care sunt în multe privințe similare cu peleții. Pentru fabricarea lor se folosesc materiale identice: așchii de lemn, așchii, turbă, coji și paie. În timpul procesului de producție, materiile prime sunt zdrobite și formate în brichete prin compresie. Acest material este, de asemenea, un combustibil prietenos cu mediul. Este convenabil de depozitat chiar și pe în aer liber. Arderea lină, uniformă și lentă a acestui combustibil poate fi observată atât în ​​șeminee și sobe, cât și în cazanele de încălzire.

Tipurile de combustibil solid ecologic discutate mai sus sunt o alternativă bună pentru generarea de căldură. În comparație cu sursele fosile de energie termică, care au un efect nefavorabil asupra arderii mediuși, în plus, fiind neregenerabili, combustibilii alternativi au avantaje clare și cost relativ scăzut, ceea ce este important pentru anumite categorii de consumatori.

În același timp, riscul de incendiu al unor astfel de combustibili este mult mai mare. Prin urmare, este necesar să se ia câteva măsuri de siguranță în ceea ce privește depozitarea acestora și utilizarea materialelor rezistente la foc pentru pereți.

Combustibili lichizi și gazoși

În ceea ce privește substanțele inflamabile lichide și gazoase, situația aici este următoarea.

Toată lumea știe că consumul de combustibil joacă un rol important în viața noastră. Combustibilul este folosit în aproape toate ramurile industriei moderne. Combustibilul derivat din petrol este folosit în special: benzină, kerosen, motorină și altele. Se folosesc și gaze combustibile (metan și altele).

De unde provine energia combustibilului?

Se știe că moleculele sunt formate din atomi. Pentru a împărți orice moleculă (de exemplu, o moleculă de apă) în atomii ei constitutivi, este necesar să se cheltuiască energie (pentru a depăși forțele de atracție ale atomilor). Experimentele arată că atunci când atomii se combină într-o moleculă (așa se întâmplă atunci când combustibilul este ars), energie, dimpotrivă, este eliberată.

După cum se știe, există și combustibil nuclear, dar nu vom vorbi despre asta aici.

Când combustibilul arde, se eliberează energie. Cel mai adesea aceasta este energie termică. Experimentele arată că cantitatea de energie eliberată este direct proporțională cu cantitatea de combustibil ars.

Căldura specifică de ardere

Pentru a calcula această energie, se utilizează o mărime fizică numită căldură specifică de ardere a combustibilului. Căldura specifică de ardere a unui combustibil arată câtă energie este eliberată în timpul arderii unei unități de masă de combustibil.

Este desemnat Literă latină q.În sistemul SI, unitatea de măsură pentru această mărime este J/kg. Rețineți că fiecare combustibil are propria sa căldură specifică de ardere. Această valoare a fost măsurată pentru aproape toate tipurile de combustibil și este determinată din tabele la rezolvarea problemelor.

De exemplu, căldura specifică de ardere a benzinei este de 46.000.000 J/kg, kerosenul este același, alcool etilic 27.000.000 J/kg. Este ușor de înțeles că energia eliberată în timpul arderii combustibilului este egală cu produsul dintre masa acestui combustibil și căldura specifică de ardere a combustibilului:

Să ne uităm la exemple

Să ne uităm la un exemplu. 10 grame de alcool etilic au ars într-o lampă cu alcool în 10 minute. Găsiți puterea lămpii cu alcool.

Soluţie. Să aflăm cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii alcoolului:

Q = q*m; Q = 27.000.000 J/kg * 10 g = 27.000.000 J/kg * 0,01 kg = 270.000 J.

Să aflăm puterea lămpii cu alcool:

N = Q / t = 270.000 J / 10 min = 270.000 J / 600 s = 450 W.

Să ne uităm la un exemplu mai complex. O tigaie din aluminiu cu masa m1 umplută cu apă de masa m2 a fost încălzită cu o sobă cu kerosen de la temperatura t1 la temperatura t2 (00C).< t1 < t2

Soluţie.

Să aflăm cantitatea de căldură primită de aluminiu:

Q1 = c1 * m1 * (t1 t2);

Să aflăm cantitatea de căldură primită de apă:

Q2 = c2 * m2 * (t1 t2);

Să aflăm cantitatea de căldură primită de o tigaie cu apă:

Să aflăm cantitatea de căldură degajată de benzina arsă:

Q4 = Q3 / k * 100 = (Q1 + Q2) / k * 100 =

(c1 * m1 * (t1 t2) + c2 * m2 * (t1 t2)) / k * 100;

ÎN această lecție vom învăța să calculăm cantitatea de căldură pe care o eliberează combustibilul în timpul arderii. În plus, vom lua în considerare caracteristicile combustibilului - căldura specifică de ardere.

Deoarece întreaga noastră viață se bazează pe mișcare, iar mișcarea se bazează în mare parte pe arderea combustibilului, studierea acestui subiect este foarte importantă pentru înțelegerea subiectului „Fenomene termice”.

După ce am studiat aspecte legate de cantitatea de căldură şi capacitate termică specifică, haideți să luăm în considerare cantitatea de căldură degajată la arderea combustibilului.

Definiţie

Combustibil- o substanta care produce caldura in unele procese (combustie, reactii nucleare). Este o sursă de energie.

Se întâmplă combustibil solide, lichide și gazoase(Fig. 1).

Orez. 1. Tipuri de combustibil

• Combustibilii solizi includ cărbune și turbă.
• Combustibilii lichizi includ petrol, benzină și alte produse petroliere.
• Combustibilii gazoși includ gaz natural.
• Separat, putem evidenția cele foarte comune în ultima vreme combustibil nuclear.

Arderea combustibilului este un proces chimic oxidativ. În timpul arderii, atomii de carbon se combină cu atomii de oxigen pentru a forma molecule. Ca urmare a acestui fapt, este eliberată energie, pe care o persoană o folosește în propriile scopuri (Fig. 2).

Orez. 2. Educație dioxid de carbon

Pentru a caracteriza combustibilul, se utilizează următoarea caracteristică: putere calorica. Puterea calorică arată cât de multă căldură este eliberată în timpul arderii combustibilului (Fig. 3). În fizică, puterea calorică corespunde conceptului căldura specifică de ardere a unei substanţe.

Orez. 3. Căldura specifică de ardere

Definiţie

Căldura specifică de ardere- o cantitate fizică care caracterizează combustibilul este numeric egală cu cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a combustibilului.

Căldura specifică de ardere este de obicei indicată cu litera . Unități de măsură:

Nu există o unitate de măsură, deoarece arderea combustibilului are loc la o temperatură aproape constantă.

Căldura specifică de ardere este determinată experimental folosind instrumente sofisticate. Cu toate acestea, există tabele speciale pentru rezolvarea problemelor. Mai jos vă prezentăm valorile căldurii specifice de ardere pentru unele tipuri de combustibil.

Tabelul 4. Căldura specifică de ardere a unor substanţe

Din valorile date este clar că în timpul arderii se eliberează o cantitate uriașă de căldură, astfel încât se folosesc unitățile de măsură (megajouli) și (gigajulii).

Pentru a calcula cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii combustibilului, se utilizează următoarea formulă:

Aici: - masa combustibilului (kg), - căldura specifică de ardere a combustibilului ().

În concluzie, remarcăm că cea mai mare parte a combustibilului folosit de umanitate este stocată folosind energia solară. Cărbune, petrol, gaz - toate acestea s-au format pe Pământ datorită influenței Soarelui (Fig. 4).

Orez. 4. Formarea combustibilului

În lecția următoare vom vorbi despre legea conservării și transformării energiei în procese mecanice și termice.

Listăliteratură

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizica 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizica 8. - M.: Gutarda, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizica 8. - M.: Iluminismul.

1. Portalul de internet „festival.1september.ru” ()
2. Portalul de internet „school.xvatit.com” ()
3. Portalul de internet „stringer46.narod.ru” ()

Teme pentru acasă