I.14. Combustibili.

Definiţie

Combustibilii sunt substanțe care degajă căldură, prin arderea lor.

Clasificarea combustibililor:

Experiment

27. Depinde căldura cedată de un combustibil de masa lui?

Materiale necesare: pahar Erlenmeyer, apă rece de la robinet, spirtieră, sită de azbest, trepied, termometru, alcool.

Atenţie

Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!

Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi! Atenție când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi!

Descrierea experimentului:

• Pune într-un pahar 100 g de apă și introdu în apă un termometru și măsoară temperatura inițială t₁ = 30 °C.

• Pune în spirtieră alcool și determină-i masa, m₁ = 136,1 g.

• Încălzește la flacăra acestei spirtiere, apa prin intermediul sitei de azbest de pe trepied, până se încălzește cu 10 °C, adică până la 40 °C. Stinge spirtiera.

• Măsoară masa spirtierei după ce ai încălzit apa cu 10 °C : m₂ = 134,9 g.

• Calculează cantitatea de alcool arsă: m_I = m₂ – m₁ = 1,2 g alcool.

• Pune într-un pahar 100 g de apă și introdu în apă un termometru și măsoară temperatura inițială t₁ = 31°C.

• Pune în spirtieră alcool și determină-i masa, m₁ = 136,1 g.

• Încălzește la flacăra acestei spirtiere, apa prin intermediul sitei de azbest de pe trepied, până se încălzește cu 20 °C, adică până la 51 °C. Stinge spirtiera.

• Măsoară masa spirtierei după ce ai încălzit apa cu 20 °C : m₂ = 134,1 g.

• Calculează cantitatea de alcool arsă : m_II = m₂ – m₁ = 2 g alcool.

• Depinde căldura absorbită de apă de cantitatea de combustibil folosită ?

• Ce observi ?

Observaţie

2 g de alcool încălzește mai mult apa decât 1,2 g de alcool.

Concluzia experimentului:

Căldura cedată de un combustibil, prin arderea sa, este direct proporțională cu masa combustibilului: Q ~ m.

Experiment

28. Depinde căldura degajată de un combustibil de felul acestuia?

Materiale necesare: pahar Erlenmeyer, apă rece de la robinet, spirtieră, sită de azbest, trepied, termometru, alcool, cronometru, aragaz

Atenţie

Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!

Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi! Atenție când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi!

Descrierea experimentului:

• Măsoară cu cronometrul timpul în care încălzești 100 g de apă cu 20 °C cu ajutorul spirtierei umplută cu alcool: t₁ = 2min 28,54s.

• Măsoară cu cronometrul timpul în care încălzești 100 g de apă cu 20 °C cu ajutorul gazului metan de la aragaz: t₂ = 1min 1,72s

• Depinde căldura absorbită de apă de felul combustibilului folosit ?

• Ce observi ?

Observaţie

Gazul metan încălzește mai repede apa decât spirtul.

Concluzia experimentului:

Căldura cedată de un combustibil, prin arderea sa, este direct proporțională cu felul combustibilului.

Fiecare combustibil este caracterizat de o constantă de material, numită putere calorică (notată cu q), pe care o luăm din tabelul următor.

important

Căldura degajată de un combustibil prin ardere depinde de masa combustibilului ( m ) și de puterea calorică a combustibilului ( q ) și are următoarea formulă:

m = masa (cantitatea) de combustibil ars (kg)

q = puterea calorică a combustibilului (J/kg).

Problemă rezolvată

1. Determină puterea calorică a alcoolului, folosind datele experimentului nr.27. Consideră că toată căldura degajată de alcool a fost folosită pentru a încălzi apa (neglijează pierderile de căldură cu mediul înconjurător).

Rezolvare:

• Prima determinare:

  • Q₁ = m₁ ∙ q = m ∙ c ∙ ΔT₁

  • m₁ = 1,2 g = 0,0012 kg alcool

  • m = 100 g = 0,1 kg apă

  • c = 4185 J/kg∙K

  • ΔT₁ = Δt₁ = 10

  • q₁ = ?

• A doua determinare:

  • Q₂ = m₂ ∙ q = m ∙ c ∙ ΔT₂

  • m₂ = 2 g = 0,002 kg alcool

  • m = 100 g = 0,1 kg apă

  • c = 4185 J/kg∙K

  • ΔT₂ = Δt₂ = 20

  • q₂ = ?

Compar valoarea obținută experimental cu puterea calorică a alcoolului din tabel 23.855 KJ/kg și observ că valoarea mea este mult mai mică decât cea din tabel (datorită erorilor de măsură).

Problemă rezolvată

2. Ce masă de motorină a fost consumată de un motor Diesel cu randamentul de 40%, dacă lucrul mecanic efectuat a fost de 8.500.000 J ?

Rezolvare:

• Scriem datele problemei și le transformăm în S.I.:

  • m = ?

  • q = 42.000 KJ/kg = 42.000.000 J/kg (din tabel)

  • L = 8.500.000 J

  • η = 40 % = 40/100

• Scriem formula randamentului și a căldurii degajată de combustibil: