Удельная теплота сгорания топлива

Что такое удельная теплота сгорания

При сгорании топлива выделяется энергия, которую используют для отопления, движения транспорта и работы машин. Удельная теплота сгорания — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании одного килограмма топлива. Обозначается буквой q.

Чем больше удельная теплота сгорания, тем больше энергии даёт каждый килограмм топлива. Поэтому при выборе топлива учитывают именно эту характеристику.

Единица измерения

Удельная теплота сгорания измеряется в джоулях на килограмм: Дж/кг. Например, для бензина q = 46 000 000 Дж/кг, то есть 46 мегаджоулей с каждого килограмма.

Расчёт выделившейся теплоты

Количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива, вычисляют по формуле:

Q = q · m

где Q — выделившаяся теплота, q — удельная теплота сгорания, m — масса сгоревшего топлива.

Таблица удельной теплоты сгорания

Разбор примера

Сколько теплоты выделится при полном сгорании 3 килограммов каменного угля?

Q = q · m = 27 000 000 · 3 = 81 000 000 Дж = 81 МДж

Коэффициент полезного действия нагревателя

На практике не вся выделившаяся теплота идёт на полезное дело — часть уходит в окружающую среду. Отношение полезной теплоты к затраченной называют коэффициентом полезного действия:

КПД = (Q_полезное / Q_затраченное) · 100%

Например, если при сгорании топлива выделилось 81 мегаджоуль, а на нагревание воды пошло 32,4 мегаджоуля, то КПД = (32,4 / 81) · 100% = 40%. Это значит, что лишь сорок процентов энергии топлива принесли пользу, а остальное рассеялось в виде теплоты в окружающую среду.

Почему важна теплота сгорания

Удельная теплота сгорания помогает сравнивать топлива и выбирать наиболее выгодное. При одинаковой массе бензин даёт почти впятеро больше энергии, чем дрова, поэтому его удобно использовать в автомобилях, где важна лёгкость бака. Уголь и нефть выгодны для крупных электростанций и отопления, а порох с малой теплотой сгорания ценят не за энергию, а за быстроту горения.

Связь с законом сохранения энергии

При сгорании топлива химическая энергия превращается в тепловую — энергия не возникает из ничего и не исчезает. Часть этой тепловой энергии можно затем превратить в механическую работу, как это происходит в двигателе автомобиля. Однако полностью перевести теплоту в работу невозможно, поэтому КПД любого теплового двигателя всегда меньше ста процентов.

Частые ошибки. Формула Q = q · m работает только при полном сгорании. Не путайте удельную теплоту сгорания q с удельной теплоёмкостью c: первая относится к сгоранию топлива, вторая — к нагреванию вещества. Массу берут в килограммах, иначе ответ будет неверным.

Кратко о главном

• Удельная теплота сгорания показывает, сколько теплоты даёт 1 кг топлива при полном сгорании.
• Обозначается q, измеряется в Дж/кг.
• Выделившаяся теплота равна Q = q · m.
• КПД нагревателя — это доля полезно использованной теплоты.