Урок физики в 8 классе «Топливо. Удельная теплота сгорания топлива»
|
[ Скачать с сервера (59.0 Kb)
]
| 19.03.12, 22.13.06 |
Урок физики в 8 классе «Топливо. Удельная теплота сгорания топлива»
Цели урока:
- углубить знания учащихся о топливе, ввести понятие теплоты сгорания топлива и КПД тепловых машин, сформулировать основные требования к топливу;
- формировать психологическую настроенность на рациональное и экономное использование топливно-энергетических ресурсов;
- развивать умение анализировать, сравнивать, обобщать, делать выводы, устанавливать связь между элементами Содержания ранее изученного материала на уроках химии, географии и физики;
- развивать наблюдательность и внимание;
- формировать экологическую грамотность, основы безопасности жизнедеятельности.
Демонстрации:
Горение различных видов топлива (спиртовка, вата, нефть, деревянная лучина, парафин).
Ход урока
Мотивация.
При демонстрации видов топлива рассказывается о важнейших из них -нефти и угле. Уголь и нефть - это настолько важный вид топлива, что из-за него возникают войны и сменяются политические режимы (например, в Ираке). Нефть — мощный двигатель технического прогресса человека. Также рассказывается, как нефть спасла китов, заменив китовый жир в промышленности.
Учитель. Всегда, когда нам нужно получить некоторое количество теплоты (чтобы вскипятить воду, приготовить еду в походе, протопить дом или воспользоваться автомобилем), мы почти автоматически используем газ, дерево, уголь, бензин. Все это - самые распространенные виды топлива.
А приходилось ли вам задумываться, что такое топливо? Что именно вы хотели бы узнать о топливе? Какие виды топлива бывают? Чем отличаются одни виды топлива от других? А еще бы добавила: Какие требования нужно предъявить к топливу?
Запишем тему урока: "Топливо. Теплота сгорания топлива".
На первый взгляд, кажется, что в качестве топлива можно использовать любое горючее вещество. Но горючих веществ очень много. Например, твердые вещества — уголь, сера, фосфор, некоторые металлы; жидкие — нефть, бензин, спирт, ацетон; газообразные — водород, метан, пропан, ацетилен. Все эти вещества при сгорании выделяют тепло. Казалось бы, все, что требуется от топлива. Но есть еще другие важные качества, которые горючее вещество делают топливом.
Давайте проведем опыт и посмотрим одновременное горение нескольких видов топлива: нефти, дерева, спирта и парафина (фото горения разных видов топлива).
Опыт. Для опыта использую свечу, спиртовку, лучину и вату, смоченную нефтью.
Вопрос учащимся:
- Что общего и чем отличается горение каждого вида топлива?
Ответ: при горении топлива выделяется тепло и образуются продукты сгорания. Особенно нефть, сгорая, выделяет много копоти и сажи, а это, естественно, влияет на окружающую среду.
Учитель. Да, при сгорании любых веществ образуются другие вещества - продукты сгорания. Например, при сгорании дров остается зола и выделяется углекислый, угарный и другие газы. Обойтись без продуктов сгорания нельзя, но нужно из всех горючих веществ выбрать те, продукты сгорания которых не наносят вреда человеку и окружающей среде. Такое топливо – экологически чистое. К сожалению, этому требованию в полной мере удовлетворяет только водород.
Проанализируем таблицу в учебнике и в сборниках задач. Скажите, какую информацию о топливе дает эта таблица?
В таблице приведены сведения о химическом составе некоторых видов топлива. Все виды топлива содержат углерод и водород. Процент содержания углерода и водорода превышает процент других элементов в топливе.
Учитель. Из курса химии напомню, что при полном окислении углерода образуется углекислый газ, а при окислении водорода — водяной пар. C+02=C02+ Q0 (теплоты).
Эти продукты сгорания безвредны для человека. А вот содержание серы и азота в составе топлива приводит к образованию оксидов, вредных для человека и животных. Даже специально очищенные виды топлива при сгорании выделяют некоторое количество вредных веществ. Вот почему сегодня предъявляются строгие требования к топливу: при его использовании должно выделяться минимальное количество вредных продуктов сгорания. Кроме того, предусматриваются специальные меры по улавливанию вредных веществ фильтрами.
Учитель. Итак, что такое топливо? Какие горючие вещества могут быть топливом?
Ученик. Топливо - это горючее вещество, дающее тепло, являющееся ис¬точником энергии. Топливом может быть горючее вещество, продукты сгора¬ния которого безвредны.
Учитель. Но главное предназначение топлива - давать тепло! Значит, чем больше выделяется тепла при его сгорании, тем лучше. Это правильно?
Сравнивать количества теплоты, выделившиеся при сгорании разных видов топлива, можно только при условии, что сгорела одинаковая масса топлива. Разные виды топлива массой 1 кг при полном сгорании выделяют разное количество теплоты. Проанализируем таблицу.
Ученик. В таблице дана удельная теплота сгорания основных видов топлива. Самая наибольшая удельная теплота сгорания у водорода - 119,7Дж/кг, а наименьшая у дров— 12,3 МДж/кг.
Учитель. Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива, называется удельной теплотой сгорания топлива. Удельная теплота сгорания обозначается латинской буквой q и измеряется в Дж/кг (джоуль на килограмм). Найдите удельную теплоту сгорания природного газа, прочитайте ее и скажите, что показывает это число.
Ученик. Удельная теплота сгорания природного газа равна 45,6 МДж/кг. Это число показывает, что при полном сгорании 1 кг газа выделяется 45,6МДж теплоты. При полном сгорании 1 кг водорода выделяется 119,7МДж тепла, что примерно в 10 раз больше, чем при сгорании 1 кг дров - 12,3 МДж.
Учитель. Сопоставьте сведения о составе и удельной теплоте сгорания топлива разных видов. Выскажите предположения о том, какие химические элементы в составе топлива определяют преимущественно величину удельной теплоты сгорания?
Ученик. Анализируя таблицы, мы видим, что величину удельной теплоты сгорания топлива определяет преимущественно содержание углерода и водорода в составе топлива. Например, природный газ содержит 74,0 С и 25,0% Н и имеет наибольшую удельную теплоту сгорания по сравнению с дровами и углем.
Учитель. Какого топлива, дерева или бензина, потребуется меньше, чтобы получить необходимое количество теплоты? Почему?
Сравнивая удельную 1силоту сгорания дерева - 12,3 МДж/кг и бензина - 44 МДж/кг, мы видим, что для получения необходимого количества теплоты меньше потребуется бензина.
Учитель. А как рассчитать количество теплоты, которое выделится при сгорании не 1 кг топлива, a m кг топлива?
Ученик. Чтобы рассчитать количество теплоты Q, выделяющееся при полном сгорании m кг топлива, нужно удельную теплоту сгорания q умножить на массу сгоревшего топлива. Q = qm
Учитель. А какие еще требования предъявляются к топливу? Вопросы учебника помогут вам их сформулировать.
Вопросы:
1. Почему для быстрого разведения костра используют жидкое топливо? 2.Удельная теплота сгорания торфа почти в 2 раза выше удельной теплоты сгорания дров. Как это понимать?
Ученик. Небольшая температура воспламенения - важное требование к веществу, которое будет использоваться как топливо.
Учитель. Топливом могут стать широко распространенные, сравнитель¬но простые в добыче и удобные для транспортировки вещества.
Итак, сформулируйте основные требования, предъявляемые к топливу:
1) большая удельная теплота сгорания,
2) отсутствие вредных продуктов сгорания,
3) низкая температура воспламенения,
4) распространенность в природе,
5) сравнительная простота добычи и транспортировки.
Учитель. Напомню, что большинство традиционных видов топлива (та¬ких, как уголь, нефть, торф) образовывалось на протяжении целых геологических эпох из останков растений и животных. Это чаще всего невозобновляемые ресурсы нашей планеты. Вот почему сегодня ученые заняты поисками альтернативных источников тепла и созданием энергосберегающих технологий. Простейшие мероприятия по экономии электроэнергии должны подсказываться сознанием человека. Например, выключить освещение или другие приемники энергии, где их работа в данное время не нужна. Возможна экономия не прямым воздействием на приемники энергии, а косвенными мерами. Большое значение для экономии топлива и электроэнергии имеет утепление жилищ и мест работы человека, так как при этом экономится расход тепла, а значит, и топлива, которое используется для выработки большей части электроэнергии, и экономится электроэнергия непосредственно, так как при понижении температуры стараются применить разные электронагреватели. Как известно, для поддержания нормальной температуры в помещении не обязательно его отапливать, а достаточно ограничить теплоотвод так, чтобы сохранялось тепло, выделяемое различными электрическими приборами, например, лампочками, холодильниками, телевизорами и т. д. и телом человека. Часто можно видеть, как уличное освещение включено днем, закипевшая вода в электронагревателе продолжает кипеть, когда это не нужно. В таких случаях нужно применять простейшие схемы автоматизации, которые будут способствовать экономии энергии и увеличению срока службы ламп, нагревательных элементов и других приборов.
Экономии энергии служит технологическая революция, потому что ее задачей является уменьшение материалоемкости и энергоемкости продукции при ее производстве, хранении, транспортировке и использовании на основе научно-технического прогресса. Способ экономии -— извлекать больше тепла из сжигаемого топлива. Мы превращаем одни виды энергии в другие очень малоэффективными путями. В большинстве случаев лишь малая часть энергии переходит в полезную форму, остальное теряется.
Если использовать энергию рационально, запасов топлива хватит на бо¬лее долгий срок. Надо научиться извлекать больше энергии из меньшего объема. Например, использовать на автомобилях топливный элемент. Автомобили могут работать не на бензине, а на топливных элементах. Такой элемент больше похож на батарею. Внутри него находятся два химических элемента — атомный кислород и водород. Они взаимодействуют, производя электричество. Солнечная энергия помогает разлагать воду на водород и кислород. Вода имеется в изобилии, поэтому топливные элементы будут дешевы.
Вывод напрашивается сам за себя: экономия электроэнергии каждым отдельным человеком ведет к усилению и стабилизации экономики страны.
Знаете ли вы, что природный газ добывают так же, как и нефть? К залежам газа бурятся скважины. Под землёй газ находится под давлением. Когда скважина достигает пласта газа, то он сам начинает поступать на поверхность. Здесь его направляют в газопроводы и перекачивают на большие расстояния для использования в промышленности и быту. Он заменяет другие виды топлива, такие, как уголь, нефть, торф. Из газа получают пластмассу, искусственный каучук, волокно и другие полезные вещества. Но всегда надо помнить, что газ очень опасен. При взаимодействии с воздухом он образует взрывоопасную смесь. Кроме того, это ядовитое вещество. Попадание газа в органы дыхания может привести к серьёзному отравлению. В связи с этим каждый нагреватель, тепловой двигатель или даже целая электростанция характеризуются особой величиной, называемой коэффициентом полезного действия. Эта величина показывает, какая часть количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива, расходуется полезно. Коэффициент полезного действия, сокращенно КПД, обозначается буквой греческого алфавита (эта). Если, например, при сгорании топлива выделилось Qзатр. теплоты и только Qполез использовалось полезно, то
η=Qполез/Qзатрач)*100%
Закрепление
1. При полном сгорании 1 кг природного газа выделилось 44 МДж теплоты. Какова теплота сгорания топлива?
2. На вопрос учителя: «Как понимать выражение: теплота сгорания керосина равна 46 МДж/кг?» ученик ответил так: «Это значит, что при сгорании керосина выделяется 46 МДж теплоты». Правильный ли ответ дал ученик?
3. Известно, что температура пламени наибольшая в верхней его части. Почему же часто, спеша нагреть воду в чайнике, увеличивают пламя, открывая кран горелки?
Ответ. Чтобы уменьшить время нагревания воды, ей надо передать большее количество теплоты в единицу времени, т.е. сжигать в единицу времени больше гоплива.
5. Сколько дров понадобится, чтобы истопить кирпичную русскую печь? Масса печи 1,5 т, в процессе протапливания ее температура менялась от 10°С до 70°С, а КПД равен 25% (Ответ: 26 кг).
Домашнее задание.
Подведение итогов урока.
|
|
Категория: 8 класс | Добавил: Admin
|
| Просмотров: 2590 | Загрузок: 212
| Рейтинг: 0.0/0 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
