Условие
В печи сожгли 5 килограммов сухих дров. Удельная теплота сгорания дров около 10 миллионов джоулей на килограмм, у бензина — около 46 миллионов джоулей на килограмм. Найди, сколько энергии выделилось при сгорании дров, и сравни с энергией, которую дали бы 5 килограммов бензина.
Что известно и что ищем
- Известны масса топлива и удельная теплота сгорания для двух видов топлива.
- Ищем количество теплоты при полном сгорании и сравнение двух топлив по массе.
- Отдельно нужно объяснить, почему на практике энергии получится меньше расчётной.
Ход решения
- Шаг 1. Разбираем смысл удельной теплоты сгорания. Для дров значение около десяти миллионов джоулей на килограмм означает: один килограмм дров при полном сгорании даёт столько энергии. Это характеристика топлива, а не печи.
- Шаг 2. Считаем для дров: десять миллионов джоулей на килограмм умножаем на 5 килограммов и получаем 50 миллионов джоулей, то есть 50 мегаджоулей.
- Шаг 3. Считаем для бензина: 46 миллионов джоулей на килограмм умножаем на 5 килограммов и получаем 230 миллионов джоулей, то есть 230 мегаджоулей.
- Шаг 4. Сравниваем: 230 мегаджоулей против 50 — бензин при той же массе даёт примерно в 4,6 раза больше энергии. Поэтому там, где важна масса топлива (в автомобиле, в самолёте), выбирают бензин и керосин, а не дрова.
- Шаг 5. Уточняем про «полное сгорание». В расчёте предполагалось, что топливо сгорело целиком. В реальной печи часть тепла уходит с горячими газами в трубу, часть — на нагрев самой печи, а дрова сгорают не полностью. Поэтому фактическая полезная энергия всегда меньше расчётной, и разговор естественно переходит к КПД.
Проверь себя
- Ответ: при сгорании 5 килограммов дров выделяется около 50 мегаджоулей; то же количество бензина дало бы около 230 мегаджоулей.
- Проверка вывода: если сжечь вдвое больше дров, получится вдвое больше энергии — 100 мегаджоулей. Количество теплоты при сгорании пропорционально массе, что и должно быть.
- Ловушка: путать удельную теплоту сгорания с удельной теплоёмкостью. Теплоёмкость отвечает за нагрев самого вещества, а теплота сгорания — за энергию, которая выделяется при сгорании топлива.
Как объяснить ребёнку
«У каждого топлива есть своя «цена» — сколько энергии оно отдаёт из килограмма. Дрова дают мало, бензин намного больше. Умножаем цену на массу и узнаём общий запас энергии. Только не забудь: в настоящей печи часть этого запаса улетает в трубу, поэтому полезной энергии всегда меньше, чем посчитано».
Тема для отчёта родителю
«Энергия топлива: удельная теплота сгорания и сравнение видов топлива».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.