Урок физики в 8 классе: "Удельная теплоемкость вещества. Удельная теплота сгорания топлива"

Тема: Удельная теплоемкость вещества. Удельная теплота сгорания топлива. Энергия топлива.

Цель урока: познакомить с понятиями: удельная теплоемкость вещества, удельная теплота сгорания топлива

Задачи урока:

Образовательная

- Знать определения удельной теплоемкости вещества, удельной теплоты сгорания топлива; знать единицы их измерения, уметь применять свои теоретические знания при решении практических задач.

Развивающая

- Развивать речь, память и логическое мышление на уроках физики.

Воспитывающая

- Воспитать у учащихся аккуратность, дисциплину на уроке.

Тип урока: комбинированный.

Наглядность: таблицы, плакат

1. Орг. момент (2-3 мин)

2. Фронтальный опрос домашнего задания (5-7 мин)

3. Объяснение новой темы (18-20 мин)

4. Закрепление новой темы (8-10 мин)

5. Домашнее задание (2-3 мин)

6. Итоги урока (1-2 мин)

Ход урока

I. Орг. момент

II. Фронтальный опрос домашнего задания (карточки с вопросами).

III. Почему в системе отопления для обогрева жилища и в системе охлаждения двигателей применяют воду?

В чем различие между морским и континентальным климатом?

Итак, вы узнали, что количество теплоты, переданное телу при нагревании (или выделенное им при охлаждении) путем теплопередачи, зависит как от изменения температуры тела и его массы, так и от рода вещества, из которого изготовлено тело. Опыты показывают, что для нагревания одинаковых масс воды и молока до одной и той же температуры требуется различное количество теплоты: для воды оно больше, для молока меньше. Это означает, что каждое вещество массой 1 кг для изменения его температуры на 1°С требует определенного количества теплоты.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо для изменения температуры вещества массой 1 кг на 1⁰С, называется удельной теплоемкостью вещества.

Удельная теплоемкость вещества обозначается буквой с. Единицей измерения удельной теплоемкости является 1 джоуль на кило­грамм-градус Цельсия (Дж/кг*°С). Используется также кратная единица 1 килоджоуль на килограмм-градус Цельсия (кДж/кг*°С)

В лабораторных условиях опытным путем учеными были установлены и занесены в таблицы значения удельных теплоемкостей различных веществ: твердых, жидких и газообразных. В табл. 1 приведены значения удельных теплоемкостей для некоторых веществ.

Как видно из данных табл. 1, удельная теплоемкость алюминия 920 Дж/кг*°С. Это означает, что для нагревания алюминия массой 1 кг на 1 С требуется количество теплоты, равное 920 Дж, а при охлаждении 1 кг алюминия на 1 С выделяется количество теплоты, равное 920 Дж.

Удельная теплоемкость свинца, согласно данным табл. 1, равная 140 Дж/кг-°С, означает, что при нагревании или охлаждении 1 кг свинца на ГС внутренняя энергия его изменилась на 140 Дж.

• Удельная теплоемкость показывает, на какую величину изменяется внутренняя энергия 1 кг вещества при нагревании или охлаждении его на 1⁰С.

• Удельная теплоемкость одного и того же вещества в различных агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном — различна.

Вода имеет большую по сравнению с другими веществами удельную теплоемкость. Являясь одним и тем же веществом, вода в жидком состоянии имеет удельную теплоемкость 4200 Дж/кг°С, в твердом — лед— 2100 Дж/кг°С. Алюминий в твердом состоянии имеет удельную теплоемкость, равную 920Дж/кг°С, а в жидком — 1080 Дж/кг°С.

Чем больше удельная теплоемкость вещества, тем большее количество теплоты поглощается или выделяется даже при незначительном изменении его температуры.

Теперь мы сможем ответить на вопросы, поставленные в начале параграфа. Большая по сравнению с другими веществами удельная теплоемкость воды делает ее удобной для применения в водяном отоплении и в системе охлаждения двигателей. Климат островов гораздо умереннее и ровнее, чем климат больших материков, вследствие большой теплоемкости окружающих водных масс.

Мы выяснили, от каких величин зависит количество теплоты и какими единицами его измеряют. Чтобы рассчитать количество теплоты, которое получает или отдает тело при теплопередаче, необходимо знать удельную теплоемкость вещества с, из которого изготовлено тело, массу этого тела m и разность между его начальной и конечной температурами.

Для того чтобы подсчитать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, надо удельную теплоемкость вещества умножить на массу тела и на разность между большей и меньшей его температурами.

Данное правило записывают в виде формулы:

где Q — количество теплоты; с — удельная теплоемкость вещества; т — масса тела; t₁ — начальная и t₂ — конечная температуры тела.

Довольно часто энергию, необходимую для нагревания тел, получают, например, при сжигании топлива. Горение, связанное с разрушением одних молекул и образованием других, сопровождается выделением некоторого количества теплоты. Вам известны различные виды топлива: уголь, дрова, нефть, сланцы, газ, торф. В результате горения изменение внутренней энергии происходит не посредством теплообмена и не путем совершения работы телом или над телом, а в результате термохимических явлений, происходящих с топливом. При этом энергия движения молекул продуктов сгорания, а значит, и их температура будет больше, чем у молекул топлива.

Обычное топливо — уголь, нефть, бензин и другие — содержит углерод. При горении атомы углерода соединяются с атомами кислорода, которые содержатся в воздухе, образуя молекулу углекислого газа (рис. 35). В результате этого выделяется избыточная энергия. Такие химические реакции окисления (т.е. горения) имеют важное практическое значение, так как в настоящее время они являются основными источниками энергии в промыш­ленности, на транспорте и в быту. Об этом вы подробнее узнаете из курса химии.

Различные виды топ­лива обладают внутрен­ней энергией. При своем сгорании они могут совершать работу или нагревать другие тела путем теплообмена. Опытным путем для всех видов топлива определили точное количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг.

Физическую величину, показывающую, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называют удельной теплотой сгорания топлива.

Удельную теплоту сгорания топлива обозначают буквой q, ее единица измерения 1 Дж/кг.

Для подсчета количества теплоты, выделившегося при полном сгорании топлива любой массы, нужно удельную теплоту сгорания умножить на массу сгоревшего топлива.

В Республике Казахстан имеются большие топливно-энергетические ресурсы. В последние годы в республике произошлизначительные изменения в структуре топливно-энергетического баланса. Если в 50-х гг. основным видом топлива являлся уголь, то в настоящее время ведущее место наряду с каменным углем занимает углеводородное сырье – нефть и газ.

В Казахстане известно более 300 угольных месторождений. Каменные угли в основном сконцентрированы в Центральном Казахстане, а бурые – в центре, на севере и юге республики.

Наиболее эксплуатируемыми являются Карагандинское и Экибастузское месторождения угля. Теплота сгорания карагандинского каменного угля 33,5 - 33,6 МДж/кг, Экибастузского каменного угля 31,8 - 34,3 МДж/кг, Майкубенского 29,3 - 31,4 МДж/кг, Торгайского бурого угля 27,2 - 28,9 МДж/кг.

По общим запасам углеводородного сырья Казахстан стоит на втором месте после России, а в мире — на одном уровне с Саудовской Аравией, Кувейтом и Объединенными Арабскими Эмиратами. В Западно-Казахстанской области наиболее известны Атырауско-Эмбинский и Мангистауский бассейны нефти и газа. Удельная теплота сгорания нефти и природного газа примерно одинакова и равна 4,4 -10⁷ Дж/кг.

С 80-х годов началось освоение больших запасов нефти Тенгизского месторождения на юго-востоке Атырауской области. Богатейшие запасы нефти сконцентрированы на Каспийской отмели, среди них известно Кашаганское месторождение. Осваиваются новые месторождения на полуострове Бузачи в Мангыстау, Кумкольское в Тургайской долине. Предполагается, что запасов углеводородного сырья хватит на 100 лет.

Молодой и перспективной отраслью топливно-энергетической промышленности в Казахстане является газовая, поскольку газ полностью сгорает, не загрязняет воздух и может транс­портироваться по трубопроводам. Одним из крупнейших газовых месторождений является Карашыганакское, запасы которого составляют 70% от всех запасов газа в Казахстане.

IV. Закрепление новой темы. Решить упр. 6 № 1-3, упр. 7 № 1

V. Домашнее задание § 10, 11; упр. 7 № 2-4

VI. Итоги урока.