Виды топлива
Человеку очень нужно тепло для всех процессов жизнедеятельности: например, для обогрева жилища, готовки, плавления металлов и получения других видов энергии. Чтобы получать тепло и свет, человек использует топливо. Когда люди впервые добыли огонь, без топлива тоже не обошлось — им послужила древесина.
Топливо — это любое вещество, выделяющее энергию в ходе определенных процессов.
Существует четыре группы видов топлива:
- твердое топливо,
- жидкое топливо,
- газообразное топливо,
- ядерное топливо.
К твердому топливу относятся:
- древесина,
- горючие сланцы,
- уголь,
- торф.
Ископаемые твердые виды топлива, кроме сланцев, являются продуктом разложения органической массы растений. Торф — самый молодой из них, он представляет собой плотную массу, которая образовалась из перегнивших болотных растений. Уже не такие молодые (скажем, средних лет 🤣) бурые угли — это темная однородная масса, которая окисляется и рассыпается на свежем воздухе. Горючие сланцы — полезные ископаемые, дающие смолу. Каменные угли — ребята с повышенной прочностью и небольшой пористостью.
Жидкое топливо — это, например, бензин или нефть. Газообразное — это смесь, содержащая в себе водород и окись углерода.
В горючей части топлива всегда есть углерод, кислород, водород, сера и азот. Кислород в соединении с углеродом или водородом уменьшает тепло, которое выделяется в процессе горения. Азот переходит в продукты сгорания, не окисляясь. Сера — вредная примесь, при сгорании которой выделяется в 4 раза меньше теплоты, чем при сгорании углерода.
Под ядерным топливом обычно имеют в виду изотопы урана — подробнее об этом мы рассказали в статье «Ядерный реактор».
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.
Удельная теплота сгорания — это табличная величина, которая определяется экспериментально достаточно непростыми методами.
Ниже представлены таблицы с некоторыми значениями удельной теплоты сгорания.
Твердое топливо
Жидкое топливо
Газообразное топливо
Решение задач
Задачка простая
В топке паровой машины сгорело 50 кг каменного угля, удельная теплота сгорания которого равна 30 МДж/кг. Какое количество теплоты выделилось в этом процессе?
Решение
В условии задачи есть все необходимые данные, поэтому переводим их в СИ и подставляем в формулу.
СИ — международная система единиц. «Перевести в СИ» означает перевести все величины в метры, секунды и другие единицы измерения без приставок. Исключение — килограмм с приставкой «кило».
Переводим удельную теплоту сгорания в СИ:
30 МДж/кг = 30 000 000 Дж/кг
Подставляем значения в формулу:
Q = qm = 30 000 000 50 = 1 500 000 000 = 1500 МДж
Ответ: в процессе сгорания выделилось 1500 МДж.
Задачка сложная
Сколько килограммов воды можно нагреть на спиртовке при температуре 30°С, если сжечь в ней 21 грамм спирта? КПД спиртовки равен 30%.
Удельная теплота сгорания спирта — 2,9·107 Дж/кг.
Удельная теплоемкость воды — 4200 Дж/(кг·°С).
Решение
При нагревании тела на температуру Δt тело получает количество теплоты Q = cmΔt.
При сгорании тела выделяется энергия:
Учитывая, что КПД спиртовки равен 30%, получаем:
Ответ: можно нагреть 1,45 кг воды.
