УПРАЖНЕНИЕ 9 1. Определите по таблице 2, чему равна удельная теплота сгорания природного газа. Объясните физический смысл этой величины.
Реши задание на изображении
Сверь числа и знаки с фото.
УПРАЖНЕНИЕ 9
Определите по таблице 2, чему равна удельная теплота сгорания природного газа. Объясните физический смысл этой величины.
При полном сгорании какого топлива одинаковой массы — каменного угля или нефти — выделится большее количество теплоты? Ответ поясните.
Какое количество теплоты выделяется при полном сгорании торфа массой 5 кг?
При полном сгорании 6 кг топлива выделилось количество теплоты \(2,76 \cdot 10^8\) Дж. О каком топливе идёт речь?
Удельная теплота сгорания водорода больше, чем у газа бутана. Чем же тогда можно объяснить, что при сгорании баллона бутана выделилось большее количество теплоты, чем при сгорании такого же объёма водорода, если давление газов одинаково?
6.* На газовой плите воду в чайнике нагрели до кипения (100 °C) за 15 мин. Сколько газа сгорает за 1 с, если в чайнике было 3 л воды при температуре 20 °C? Теплообменом с окружающей средой и чайником можно пренебречь.
7.* Ученики провели опыт для оценки удельной теплоты сгорания спирта. Какое значение они получили, если масса сжигаемого до начала опыта была равна 155 г, после опыта 153 г, в алюминиевом калориметре массой 50 г было 200 г воды и в процессе нагревания её температура изменилась на 60 °C?
Решил упражнение 9 полностью.
Кратко: 1) \(44\) МДж/кг; 2) нефть; 3) \(70\) МДж; 4) \(46\) МДж/кг — керосин (в некоторых таблицах также бензин); 5) масса бутана при том же объёме во много раз больше; 6) примерно \(2{,}5\cdot10^{-5}\) кг/с; 7) примерно \(26{,}6\) МДж/кг.
Как получилось
По таблице для природного газа \(q=44\) МДж/кг \(=4{,}4\cdot10^7\) Дж/кг.
Физический смысл: при полном сгорании \(1\) кг природного газа выделяется \(44\) МДж теплоты.Нефть. При одинаковой массе \(Q=qm\), поэтому больше теплоты даёт топливо с большей удельной теплотой сгорания: у нефти \(44\) МДж/кг, у каменного угля \(27\) МДж/кг.
Для торфа \(q=14\) МДж/кг \(=14\cdot10^6\) Дж/кг: \[ Q=qm=14\cdot10^6\cdot5=7{,}0\cdot10^7\ \text{Дж}=70\ \text{МДж}. \]
Находим удельную теплоту сгорания: \[ q=\frac{Q}{m}=\frac{2{,}76\cdot10^8}{6}=4{,}6\cdot10^7\ \text{Дж/кг}=46\ \text{МДж/кг}. \] По таблице это керосин. Если в вашей таблице у бензина тоже \(46\) МДж/кг, то по одному числу бензин и керосин не различить — подойдёт любой из них.
Удельная теплота сгорания считается на \(1\) кг, а не на \(1\) л. При одинаковом объёме и давлении бутан имеет гораздо бо́льшую плотность, чем водород, поэтому его масса в баллоне во много раз больше. Хотя \(q\) водорода больше, большое значение \(m\) у бутана даёт большее \(Q=qm\).
\(3\) л воды — это \(3\) кг. Вода нагревается от \(20\) до \(100\) °C, значит \(\Delta T=80\) °C.
\[ Q=4200\cdot3\cdot80=1{,}008\cdot10^6\ \text{Дж}. \] Масса газа за \(1\) с: \[ \frac{1{,}008\cdot10^6}{4{,}4\cdot10^7\cdot900}\approx2{,}5\cdot10^{-5}\ \text{кг}. \] Это примерно \(0{,}025\) г/с.Сгорело: \[ 155-153=2\ \text{г}=0{,}002\ \text{кг}. \] Теплота пошла на воду и алюминиевый калориметр: \[ Q=(4200\cdot0{,}2+920\cdot0{,}05)\cdot60 =5{,}316\cdot10^4\ \text{Дж}. \] Тогда \[ q=\frac{Q}{m}=\frac{5{,}316\cdot10^4}{0{,}002} \approx2{,}66\cdot10^7\ \text{Дж/кг} =26{,}6\ \text{МДж/кг}. \] Это близко к табличному значению для спирта \(27\) МДж/кг.
Что запомнить: если известна масса топлива — считай \(Q=qm\); если известна выделившаяся теплота — сначала находи \(q=Q/m\) и сравнивай с таблицей. В калориметре складывай теплоту, пошедшую и на воду, и на сам сосуд.
