Опыты по физике для детей с объяснением

Наука дома: 10 увлекательных опытов из подручных средств

Представляем вашему вниманию 10 простых опытов, которые вы можете провести хоть сейчас. Для каждого варианта представлены подробные инструкции, а также же объяснение причин происходящего явления.

Эксперимент со статическим электричеством


Что вам понадобится:

Потрите 2 шарика о шерстяную ткань, затем попробуйте придвинуть шарики друг к другу: они притягиваются или отталкиваются?

Потрите один из шариков о ваши волосы, затем, медленно поднимая его, посмотрите в зеркало. Положите алюминиевую банку боком на стол, поднесите шарик к банке (после того как потерли его о свои волосы) и понаблюдайте, как он катится к ней, медленно отодвиньте шар от банки, и он потянется к ней.

Что происходит?

Трение воздушных шариков о шерстяную ткань или волосы создает статическое электричество. Когда вы трете воздушные шарики о свои волосы или ткань, они становятся отрицательно заряженными, забирая часть электронов из волос/ткани и оставляя их положительно заряженными.

Ваши положительно заряженные волосы притягиваются к отрицательно заряженному шару и начинают подниматься, когда вы поднимаете шар. Алюминиевая банка притягивается к отрицательно заряженному воздушному шару, когда область рядом с ним становится положительно заряженной.

В первом эксперименте оба шарика получили отрицательные заряды после втирания их в шерстяную ткань, из-за чего не притягивались друг к другу.

Музыкальный инструмент из стаканов с водой

Что вам понадобится:

Поставьте стаканы рядом друг с другом и наполните их разным количеством воды. В первом должно быть немного воды, а последний должен быть заполнен почти полностью.

Ударьте по стакану с наименьшим количеством воды и послушайте, какой звук он издаст, затем ударьте по стакану с наибольшим количеством воды. У какого стакана более “высокий” звук?

Ударьте по другим стаканам и посмотрите, какой звук они производят, посмотрите, сможете ли вы сыграть мелодию, ударяя по стаканам в определенном порядке.

Что происходит?

Каждый из стаканов будет иметь различный тон при ударе карандашом, стакан с наибольшим количеством воды будет иметь самый низкий тон, в то время как стакан с наименьшим количеством воды будет иметь самый высокий. Небольшие вибрации возникают при ударе по стеклу, что создает звуковые волны, которые проходят через воду. Чем больше воды, тем медленнее проходят вибрации и более низкий звук получается.

Хрустальная снежинка

Что вам понадобится:

Возьмите очистители для труб и разрежьте их на три части одинакового размера. Скрутите секции вместе в центре, чтобы у вас получилась форма, похожая на шестигранную звезду.

Возьмите верхнюю часть одного из очистителей и прикрепите к нему нитку. Привяжите противоположный конец к маленькой деревянной палочке или карандашу. Вы будете использовать это, чтобы повесить законченную снежинку.

Аккуратно наполните банку кипятком.

В каждую чашку воды добавьте три столовых ложки буры, добавляя одну столовую ложку за один раз. Перемешайте, пока смесь не растворится, но не беспокойтесь, если часть буры осядет у основания банки.

Добавьте немного синего пищевого красителя, если хотите придать снежинке приятный голубоватый оттенок.

Поместите снежинку в банку так, чтобы маленький деревянный стержень или карандаш лежал на краю банки, а снежинка свободно сидела в растворе буры.

Оставьте снежинку на ночь, а когда вы вернетесь утром, вы найдете снежинку, покрытую кристаллами!

Что происходит?

Кристаллы состоят из молекул, расположенных по повторяющейся схеме. Бура также известна как борат натрия, она обычно существует в форме белого порошка, состоящего из бесцветных кристаллов, которые легко растворяются в воде.

Когда вы добавляете буру в кипящую воду, вы можете растворить больше, чем могли бы, если бы добавляли ее в холодную, потому что молекулы теплой воды движутся быстрее и отдаляются друг от друга, предоставляя больше места для растворения кристаллов буры.

Когда раствор остывает, молекулы воды сближаются, и он не может удерживать столько же раствора буры. Кристаллы начинают образовываться друг на друге, и у вас получается готовая кристаллическая снежинка!

Читайте также:
Удельная теплота сгорания топлива - определение, формула
Невидимые чернила из лимонного сока

Что вам понадобится:

Выдавите немного лимонного сока в миску и добавьте несколько капель воды. Ложкой смешайте воду с лимонным соком.

Окуните ватную палочку в смесь и напишите ей текст на белой бумаге.

Подождите, пока сок высохнет, чтобы он стал полностью невидимым.

Когда вы будете готовы прочитать ваше секретное сообщение или показать его кому-то, нагрейте бумагу, поднеся ее близко к лампочке.

Что происходит?

Лимонный сок – это органическое вещество, которое окисляется и становится коричневым при нагревании. Разбавляя лимонный сок в воде очень трудно заметить, когда вы наносите на него бумагу, никто не будет знать о его присутствии, пока он не нагреется и не будет раскрыто секретное сообщение.

Радуга своими руками

Что вам понадобится:

Отнесите стакан воды и бумагу в комнату с солнечным светом. Держите стакан с водой (стараясь не пролить его) над бумагой и наблюдайте, как солнечный свет проходит через стакан, преломляя и образуя на листе бумаги радугу цветов.

Попробуйте держать стакан с водой на разной высоте и под разными углами, чтобы увидеть, не оказывает ли он другого эффекта.

Хотя вы обычно видите радугу как цветную дугу в небе, она также может появляться и в других ситуациях. Солнечный свет, проходя через воду, преломляется, разделяясь на красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, и фиолетовый цвета.

Торнадо в бутылке

Что вам понадобится:

Заполните пластиковую бутылку водой примерно на три четверти.

Добавьте в воду несколько капель жидкости для мытья посуды.

Насыпьте немного блесток. Так ваш вихрь будет легче увидеть, ну а еще это приведет в восторг дошкольников.

Плотно закройте крышкой.

Переверните бутылку вверх дном и держите ее за горлышко. Быстро вращайте бутылочку круговыми движениями в течение нескольких секунд, остановитесь и загляните внутрь, чтобы посмотреть, не видно ли в воде мини-торнадо.

Что происходит?

Вращая бутылку круговыми движениями, вы создаете водяной вихрь, похожий на мини-торнадо. Вода быстро вращается вокруг центра вихря из-за центростремительной силы (внутренняя сила, направляющая объект или жидкость, такую ​​как вода, к центру его кругового пути).

Как плавится шоколад?

Что вам понадобится:

Положите один кусочек шоколада на бумажную тарелку и оставьте его лежать в тени.

Запишите, сколько времени потребовалось для того, чтобы шоколад растаял. Если он не был достаточно горячим, чтобы расплавиться в принципе, запишите, насколько он был мягким через 10 минут.

Повторите процесс с кусочком шоколада, который вы положили на солнце. Запишите свои результаты таким же образом.

Сравните свои результаты: в каких условиях шоколад расплавился?

Что происходит?

При определенной температуре кусочки шоколада претерпевают физические изменения, переходя из твердого в жидкое состояние. В жаркий день солнечного света обычно достаточно, чтобы растопить шоколад, что вы, к сожалению, уже испытали. Вы также можете повернуть процесс вспять, положив растопленный шоколад в холодильник или морозильник, где он превратится из жидкости в твердое вещество.

Домашний лимонад

Что вам понадобится:

Выдавите как можно больше сока из лимона в стакан. Налейте воду к лимонному соку.

Добавьте чайную ложку пищевой соды. Добавьте немного сахара.

Что происходит?

Смесь, которую вы создали, должна получиться газированной ​​и иметь вкус лимонада. Пузырьки, которые образуются, когда вы добавляете пищевую соду в лимонную смесь, представляют собой углекислый газ (CO2), это те же пузыри, которые вы найдете в газированных напитках.

Парашют своими руками

Что вам понадобится:

Вырежьте большой квадрат из пластикового пакета или другого гибкого и легкого материала.

Обрежьте края так, чтобы образовать восьмиугольник.

Вырежьте небольшое отверстие у края каждой стороны.

Прикрепите 8 ниток одинаковой длины к каждому из отверстий.

Привяжите нитки к предмету, который вы используете в качестве груза.

Используйте стул или найдите высокое (и безопасное!) место, чтобы опустить ваш парашют и проверьте, насколько хорошо он работает. Помните: наша задача –чтобы он падал как можно медленнее.

Читайте также:
Тепловые явления в физике - определение, основные виды, примеры

Что происходит?

Ваш парашют будет медленно опускаться на землю, обеспечивая грузу комфортную посадку. Когда вы отпускаете парашют, вес предмета натягивает стропы и открывает большую площадь поверхности материала, которая использует сопротивление воздуха, чтобы замедлить падение. Чем больше площадь поверхности, тем больше сопротивление воздуха и тем медленнее будет падать парашют.

Сырое или вареное яйцо?

Что вам понадобится:

Два яйца: одно вкрутую и одно сырое. Убедитесь, что яйцо вкрутую находилось в холодильнике достаточно долго, чтобы температура была такой же, как у сырого яйца.

Вращайте яйца и наблюдайте за тем, что происходит: одно яйцо должно вращаться, а другое колебаться.

Вы также можете слегка дотронуться до каждого яйца, пока они вращаются: одно должно быстро остановиться, в то время как другое продолжит двигаться после того, как вы прикоснулись к нему.

Что происходит?

Центр тяжести сырого яйца изменяется, когда белок и желток перемещаются внутри скорлупы, вызывая колебательное движение. Даже после прикосновения к оболочке она продолжает двигаться. Это происходит из-за инерции, того же типа силы, которую вы ощущаете, когда меняете направление или внезапно останавливаетесь в машине. Инерция заставляет сырое яйцо вращаться даже после того, как вы его остановили.

Поделитесь материалом в социальных сетях с хештегом #Покавседома_яучусь и расскажите, какие еще опыты можно провести с детьми дома!

Занимательные опыты по физике

Добрый день, гости сайта НИИ «Эврика»! Вы согласны, что знания, подкреплённые практикой, гораздо эффективнее теории? Занимательные опыты по физике не только отлично развлекут, но и вызовут у ребёнка интерес к науке, а также останутся в памяти гораздо дольше, чем параграф учебника.

Чему опыты научат детей?

Мы предлагаем вашему вниманию 7 экспериментов с объяснением, которые обязательно вызовут вопрос у малыша «А почему?» В результате ребёнок узнает, что:

  • Смешивая 3 основных цвета: красный, жёлтый и синий, — можно получить дополнительные: зелёный, оранжевый и фиолетовый. Вы подумали о красках? Мы вам предлагаем другой, необычный способ удостовериться в этом.
  • Свет отражается от белой поверхности и превращается в тепло, если попадает на чёрный предмет. К чему это может привести? Давайте разберёмся.
  • Все предметы подвержены гравитации, то есть стремятся к состоянию покоя. На практике это выглядит фантастически.
  • У предметов есть центр массы. И что? Давайте научимся извлекать из этого пользу.
  • Магнит — невидимая, но мощная сила некоторых металлов, способная наделить вас способностями мага.
  • Статическое электричество может не только притягивать ваши волосы, но и сортировать мелкие частички.

Итак, давайте сделаем наших детей опытными!

1. Творим новый цвет

Этот эксперимент будет полезен для дошкольников и младших школьников. Для проведения опыта нам пригодятся:

  • фонарик;
  • красный, синий и жёлтый целлофан;
  • ленточка;
  • белая стена.

Опыт проводим около белой стены:

  • Берём фонарь, покрываем его сначала красным, а затем жёлтым целлофаном, после чего зажигаем свет. Смотрим на стену и видим оранжевое отражение.
  • Теперь убираем жёлтый целлофан и поверх красного надеваем синий пакет. Наша стена освещается фиолетовым цветом.
  • А если фонарь накрыть синим, а затем жёлтым целлофаном, то на стене мы увидим зелёное пятно.
  • Этот эксперимент можно продолжить и с другими цветами.
2. Чёрный цвет и солнечный луч: взрывоопасное сочетание

Для проведения эксперимента понадобятся:

  • 1 прозрачный и 1 чёрный воздушный шарик;
  • лупа;
  • солнечный лучик.

Для этого опыта потребуется сноровка, но вы справитесь.

  • Сначала нужно надуть прозрачный воздушный шар. Держите его крепко, но не завязывайте кончик.
  • Теперь при помощи тупого конца карандаша протолкните чёрный воздушный шарик внутрь прозрачного до половины.
  • Надуйте чёрный шар внутри прозрачного, пока он не займёт примерно половину объёма.
  • Завяжите кончик чёрного шарика и протолкните его в середину прозрачного шара.
  • Прозрачный шарик надуйте ещё немного и завяжите конец.
  • Расположите лупу так, чтобы солнечный луч попал на чёрный шарик.
  • Через несколько минут чёрный шар лопнет внутри прозрачного.
Читайте также:
Удельное электрическое сопротивление - определение, формула

Расскажите малышу, что прозрачные материалы пропускают солнечный свет, поэтому мы видим улицу через окно. А чёрная поверхность, наоборот, поглощает световые лучи и превращает их в тепло. Именно поэтому в жару рекомендуют носить светлую одежду, чтобы избежать перегрева. Когда чёрный шарик нагрелся, он начал терять свою эластичность и под давлением внутреннего воздуха лопнул.

3. Ленивый мяч

Следующий опыт — настоящее шоу, но для его проведения нужно будет потренироваться. Школа даёт объяснение этому явлению в 7 классе, но на практике это можно сделать ещё в дошкольном возрасте. Подготовьте следующие предметы:

  • пластиковый стакан;
  • металлическое блюдо;
  • картонную втулку из-под туалетной бумаги;
  • теннисный мячик;
  • метр;
  • метла.

Как провести этот эксперимент?

  • Итак, установите стаканчик на краю стола.
  • Поставьте на стаканчик блюдо так, чтобы его край с одной стороны оказался над полом.
  • Основу рулона туалетной бумаги установите по центру блюда прямо над стаканом.
  • Сверху положите мяч.
  • Встаньте за полметра от конструкции с метлой в руке так, чтобы её прутья были загнуты к вашим стопам. Встаньте на них сверху.
  • Теперь оттяните метлу и резко отпустите.
  • Рукоятка ударит по блюду, и оно вместе с картонной втулкой улетит в сторону, а мячик упадёт в стакан.

Почему он не улетел вместе с остальными предметами?

Потому что, согласно закону инерции, предмет, на который не действуют другие силы, стремится остаться в покое. В нашем случае на мячик подействовала только сила притяжения к Земле, поэтому он и упал вниз.

4. Сырое или варёное?

Давайте познакомим ребёнка с центром массы. Для этого возьмём:

· остывшее яйцо, сваренное вкрутую;

Предложите компании детей отличить варёное яйцо от сырого. При этом разбивать яйца нельзя. Скажите, что вы можете это сделать безошибочно.

  1. Раскрутите оба яйца на столе.
  2. Яйцо, которое вращается быстрее и с равномерной скоростью, — варёное.
  3. В подтверждение своих слов разбейте другое яйцо в миску.
  4. Возьмите второе сырое яйцо и бумажную салфетку.
  5. Попросите кого-то из зрителей сделать так, чтобы яйцо стояло на тупом конце. Никто не сможет так сделать, кроме вас, так как только вы знаете секрет.
  6. Просто энергично потрясите яйцо вверх-вниз полминуты, после чего без проблем установите его на салфетку.

Почему яйца ведут себя по-разному?

У них, как и у любого другого предмета, есть центр масс. То есть разные участки предмета могут весить не одинаково, но есть точка, которая делит его массу на равные части. У варёного яйца из-за более равномерной плотности центр масс при вращении остаётся на одном и том же месте, а у сырого яйца оно смещается вместе с желтком, что затрудняет его движение. У сырого яйца, которое потрясли, желток опускается к тупому концу и центр масс оказывается там же, поэтому его можно поставить.

5. «Золотая» середина

Предложите детям найти середину палки без линейки, а просто на глаз. Оцените результат при помощи линейки и скажите, что он не совсем верный. Теперь проделайте это сами. Лучше всего подойдёт ручка от швабры.

  • Поднимите палку до уровня талии.
  • Уложите её на 2 указательных пальца, держа их на расстоянии 60 см.
  • Сдвигайте пальцы ближе друг к другу и следите, чтобы палка не теряла равновесие.
  • Когда ваши пальцы сойдутся и палка будет располагаться параллельно полу, вы дошли до цели.
  • Положите палку на стол, держа палец на нужной отметке. Убедитесь при помощи линейки, что вы точно справились с заданием.

Расскажите ребёнку, что вы нашли не просто середину палки, а её центр масс. Если предмет симметричный, то он совпадёт с его серединой.

6. Невесомость в банке

Давайте заставим иголки зависнуть в воздухе. Для этого возьмём:

  • 2 нити по 30 см;
  • 2 иголки;
  • прозрачный скотч;
  • литровую банку и крышку;
  • линейку;
  • небольшой магнит.
Читайте также:
Равноускоренное движение - определение и график, путь, примеры

Как провести опыт?

  • Вденьте нитки в иголки и завяжите концы двумя узелками.
  • Прикрепите узлы скотчем на дно банки, чтобы до её края оставалось около 2,5 см.
  • Изнутри крышки приклейте скотч в виде петли, липкой стороной наружу.
  • Положите крышку на стол и приклейте к петле магнит. Переверните банку и закрутите крышку. Иголки будут свисать и тянуться к магниту.
  • Когда вы перевернёте банку крышкой вверх, иголки всё равно будут тянуться к магниту. Возможно, придётся удлинить нитки, если магнит не удерживает иголки в вертикальном положении.
  • Теперь открутите крышку и положите её на стол. Вы готовы провести опыт перед зрителями. Как только вы закрутите крышку, иголки со дна банки устремятся вверх.

Расскажите ребёнку, что магнит притягивает железо, кобальт и никель, поэтому железные иголки подвержены его воздействию.

7. «+» и «-»: полезное притяжение

Ваш ребёнок наверняка замечал, как волосы магнитятся к некоторым тканям или расчёске. А вы рассказывали ему, что всему виной статическое электричество. Давайте проделаем опыт из этой же серии и покажем, к чему ещё может привести «дружба» отрицательных и положительных зарядов. Нам понадобятся:

  • бумажное полотенце;
  • 1 ч. л. соли и 1 ч. л. перца;
  • ложка;
  • воздушный шар;
  • шерстяная вещь.
  • Положите на пол бумажное полотенце, высыпьте на него смесь соли и перца.
  • Спросите у ребёнка: как же теперь отделить соль от перца?
  • Надутый шарик потрите о шерстяную вещь.
  • Поднесите его к соли и перцу.
  • Соль останется на месте, а перец примагнитится к шарику.

Шарик после трения о шерсть приобретает отрицательный заряд, который притягивает к себе положительные ионы перца. Электроны соли не столь подвижны, поэтому они не реагируют на приближение шарика.

Опыты дома — это ценный жизненный опыт

Признайтесь, вам и самим было интересно наблюдать за происходящим, а ребёнку и подавно. Проделывая удивительные фокусы с самыми простыми веществами, вы научите малыша:

  • доверять вам;
  • видеть удивительное в обыденности;
  • увлекательно познавать законы окружающего мира;
  • развиваться разносторонне;
  • учиться с интересом и желанием.

Мы ещё раз напоминаем вам, что развивать ребёнка — это просто и для этого не нужно иметь много денег и времени. До скорых встреч!

Расскажите о нем свои знакомым, нажав на одну из кнопок соц. сетей:

Удельная теплота сгорания топлива – определение, формула

Тепловые машины в термодинамике — это периодически действующие тепловые двигатели и холодильные машины (термокомпрессоры). Разновидностью холодильных машин являются тепловые насосы.

Устройства, совершающие механическую работу за счёт внутренней энергии топлива, называются тепловыми машинами (тепловыми двигателями). Для функционирования тепловой машины необходимы следующие составляющие: 1) источник тепла с более высоким температурным уровнем t1, 2) источник тепла с более низким температурным уровнем t2, 3) рабочее тело. Иначе сказать: любые тепловые машины (тепловые двигатели) состоят из нагревателя, холодильника и рабочего тела.

В качестве рабочего тела используются газ или пар, поскольку они хорошо сжимаются, и в зависимости от типа двигателя может быть топливо (бензин, керосин), водяной пар и пр. Нагреватель передаёт рабочему телу некоторое количество теплоты (Q1), и его внутренняя энергия увеличивается, за счёт этой внутренней энергии совершается механическая работа (А), затем рабочее тело отдаёт некоторое количество теплоты холодильнику (Q2) и охлаждается при этом до начальной температуры. Описанная схема представляет цикл работы двигателя и является общей, в реальных двигателях роль нагревателя и холодильника могут выполнять различные устройства. Холодильником может служить окружающая среда.

Поскольку в двигателе часть энергии рабочего тела передается холодильнику, то понятно, что не вся полученная им от нагревателя энергия идет на совершение работы. Соответственно, коэффициент полезного действия двигателя (КПД) равен отношению совершенной работы (А) к количеству теплоты, полученному им от нагревателя (Q1):

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Существует два типа двигателей внутреннего сгорания (ДВС): карбюраторный и дизельный. В карбюраторном двигателе рабочая смесь (смесь топлива с воздухом) готовится вне двигателя в специальном устройстве и из него поступает в двигатель. В дизельном двигателе горючая смесь готовится в самом двигателе.

Читайте также:
Электростатика — основные понятия и формулы раздела физики с примерами

ДВС состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень; в цилиндре имеются два клапана, через один из которых горючая смесь впускается в цилиндр, а через другой отработавшие газы выпускаются из цилиндра. Поршень с помощью кривошипно-шатунного механизма соединяется с коленчатым валом, который приходит во вращение при поступательном движении поршня. Цилиндр закрыт крышкой.

Цикл работы ДВС включает четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Во время впуска поршень движется вниз, давление в цилиндре уменьшается, и в него через клапан поступает горючая смесь (в карбюраторном двигателе) или воздух (в дизельном двигателе). Клапан в это время закрыт. В конце впуска горючей смеси закрывается клапан.

Во время второго такта поршень движется вверх, клапаны закрыты, и рабочая смесь или воздух сжимаются. При этом температура газа повышается: горючая смесь в карбюраторном двигателе нагревается до 300— 350 °С, а воздух в дизельном двигателе — до 500—600 °С. В конце такта сжатия в карбюраторном двигателе проскакивает искра, и горючая смесь воспламеняется. В дизельном двигателе в цилиндр впрыскивается топливо, и образовавшаяся смесь самовоспламеняется.

При сгорании горючей смеси газ расширяется и толкает поршень и соединенный с ним коленчатый вал, совершая механическую работу. Это приводит к тому, что газ охлаждается.

Когда поршень придёт в нижнюю точку, давление в нём уменьшится. При движении поршня вверх открывается клапан, и происходит выпуск отработавшего газа. В конце этого такта клапан закрывается.

Паровая турбина

Паровая турбина представляет собой насаженный на вал диск, на котором укреплены лопасти. На лопасти поступает пар. Пар, нагретый до 600 °С, направляется в сопло и в нём расширяется. При расширении пара происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Струя пара поступает из сопла на лопасти турбины и передаёт им часть своей кинетической энергии, приводя турбину во вращение. Обычно турбины имеют несколько дисков, каждому из которых передаётся часть энергии пара. Вращение диска передаётся валу, с которым соединён генератор электрического тока.

Удельная теплота сгорания топлива

При сгорании различного топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Например, хорошо известно, что природный газ является энергетически более выгодным топливом, чем дрова. Это значит, что для получения одного и того же количества теплоты, масса дров, которые нужно сжечь, должна быть существенно больше массы природного газа. Следовательно, различные виды топлива с энергетической точки зрения характеризуются величиной, называемой удельной теплотой сгорания топлива .

Удельная теплота сгорания топлива — физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.

Удельная теплота сгорания обозначается буквой q, её единицей является 1 Дж/кг.

Значение удельной теплоты определяют экспериментально. Наибольшую удельную теплоту сгорания имеет водород, наименьшую — порох.

Удельная теплота сгорания нефти — 4,4*10 7 Дж/кг. Это означает, что при полном сгорании 1 кг нефти выделяется количество теплоты 4,4*10 7 Дж. В общем случае, если масса топлива равна m, то количество теплоты Q, выделяющееся при его полном сгорании, равно произведению удельной теплоты сгорания топлива q на его массу:

Q = qm.

Конспект урока по физике в 8 классе «Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания».

Удельная теплота сгорания топлива в физике – формулы и определение с примерами

Горение и удельная теплота сгорания топлива:

Каждый из вас неоднократно зажигал газовую горелку или растапливал печь, чтобы вскипятить воду, сварить суп, т. е. получить энергию от сгорания газа, дров и передать ее приготовляемой пище.

Величина, численно равная количеству энергии, которое выделяется при полном сгорании 1 кг топлива, называется удельной теплотой сгорания топлива.

Обозначается удельная теплота сгорания буквой q. При полном сгорании 2 кг топлива выделится энергии (теплоты) в два раза больше, а при полном сгорании m кг — в m раз больше, т. е.

Читайте также:
Принципы радиосвязи, основные виды и области применения

Почему при горении выделяется энергия? Вы уже знаете, что молекулы состоят из атомов. Молекула — достаточно устойчивая конструкция. Чтобы ее разрушить, т. е. разделить на атомы, надо затратить энергию. Зато при образовании молекулы из атомов энергия выделяется. В процессе горения образуются молекулы. Например, углерод, входящий в состав топлива, соединяется с двумя атомами кислорода воздуха. Образуется молекула углекислого газа (рис. 45). При этом выделяется энергия (теплота Q).

В таблице 2 представлены значения удельной теплоты сгорания q для различных видов топлива. Проанализируйте данные таблицы 2. Из нее следует, что наибольшее количество теплоты выделяется при сгорании газообразного водорода:

Для любознательных:

Водород — один из высокоэнергетических видов топлива. Кроме того, продуктом сгорания водорода является обычная вода. Это делает водород экологически наиболее чистым топливом, что для нас очень важно. Однако газообразный водород взрывоопасен. К тому же, он имеет самую малую плотность в сравнении с другими газами при равной температуре и давлении, что создает сложности со сжижением водорода и его транспортировкой. Тем не менее водород представляет собой перспективный вид топлива.

При сгорании других видов топлива (например, торфа, мазута, природного газа) в атмосферу выбрасываются вредные для здоровья человека и всего живого вещества (рис. 46): углекислый и угарный газы, зола и топочные шлаки, загрязняющие воздух, почву и воду. Именно в связи с загрязнением атмосферы вредными продуктами сгорания проблема социальных мероприятий по охране окружающей среды, поиска экологически чистого топлива является особенно актуальной.
Таблица 2. Удельная теплота сгорания разных видов топлива

Главные выводы:

  1. Горение — процесс соединения атомов различных веществ с кислородом в результате химической реакции, сопровождающийся выделением энергии.
  2. Удельная теплота сгорания определяет количество энергии (теплоты), выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива.
  3. Сгорание топлива вызывает загрязнение окружающей среды.

Пример решения задачи:

Определите массу торфа, которую надо сжечь, чтобы довести до кипения воду массой = 10 кг, имеющую температуру = 20 °C. На нагревание воды идет одна пятая часть теплоты от сгорания торфа.
Дано:

Решение:

Количество теплоты, необходимое для нагревания воды, Торф при сгорании выделяет энергию По условию вода получит

Следовательно, Откуда


Ответ:

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов

В таблицах представлена массовая удельная теплота сгорания топлива (жидкого, твердого и газообразного) и некоторых других горючих материалов. Рассмотрено такое топливо, как: уголь, дрова, кокс, торф, керосин, нефть, спирт, бензин, природный газ и т. д.

При экзотермической реакции окисления топлива его химическая энергия переходит в тепловую с выделением определенного количества теплоты. Образующуюся тепловую энергию принято называть теплотой сгорания топлива. Она зависит от его химического состава, влажности и является основным показателем топлива. Теплота сгорания топлива, отнесенная на 1 кг массы или 1 м 3 объема образует массовую или объемную удельную теплоты сгорания.

Удельной теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема твердого, жидкого или газообразного топлива. В Международной системе единиц эта величина измеряется в Дж/кг или Дж/м 3 .

Удельную теплоту сгорания топлива можно определить экспериментально или вычислить аналитически. Экспериментальные методы определения теплотворной способности основаны на практическом измерении количества теплоты, выделившейся при горении топлива, например в калориметре с термостатом и бомбой для сжигания. Для топлива с известным химическим составом удельную теплоту сгорания можно определить по формуле Менделеева.

Различают высшую и низшую удельные теплоты сгорания. Высшая теплота сгорания равна максимальному количеству теплоты, выделяемому при полном сгорании топлива, с учетом тепла затраченного на испарение влаги, содержащейся в топливе. Низшая теплота сгорания меньше значения высшей на величину теплоты конденсации водяного пара, который образуется из влаги топлива и водорода органической массы, превращающегося при горении в воду.

Читайте также:
Ток короткого замыкания - определение, методики расчёта, формула

Для определения показателей качества топлива, а также в теплотехнических расчетах обычно используют низшую удельную теплоту сгорания, которая является важнейшей тепловой и эксплуатационной характеристикой топлива и приведена в таблицах ниже.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

В таблице представлены значения удельной теплоты сгорания сухого твердого топлива в размерности МДж/кг. Топливо в таблице расположено по названию в алфавитном порядке.

Наибольшей теплотворной способностью из рассмотренных твердых видов топлива обладает коксующийся уголь — его удельная теплота сгорания равна 36,3 МДж/кг (или в единицах СИ 36,3·10 6 Дж/кг). Кроме того высокая теплота сгорания свойственна каменному углю, антрациту, древесному углю и углю бурому.

К топливам с низкой энергоэффективностью можно отнести древесину, дрова, порох, фрезторф, горючие сланцы. Например, удельная теплота сгорания дров составляет 8,4…12,5, а пороха — всего 3,8 МДж/кг.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

Топливо Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Антрацит 26,8…34,8
Древесные гранулы (пиллеты) 18,5
Дрова сухие 8,4…11
Дрова березовые сухие 12,5
Кокс газовый 26,9
Кокс доменный 30,4
Полукокс 27,3
Порох 3,8
Сланец 4,6…9
Сланцы горючие 5,9…15
Твердое ракетное топливо 4,2…10,5
Торф 16,3
Торф волокнистый 21,8
Торф фрезерный 8,1…10,5
Торфяная крошка 10,8
Уголь бурый 13…25
Уголь бурый (брикеты) 20,2
Уголь бурый (пыль) 25
Уголь донецкий 19,7…24
Уголь древесный 31,5…34,4
Уголь каменный 27
Уголь коксующийся 36,3
Уголь кузнецкий 22,8…25,1
Уголь челябинский 12,8
Уголь экибастузский 16,7
Фрезторф 8,1
Шлак 27,5

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Приведена таблица удельной теплоты сгорания жидкого топлива и некоторых других органических жидкостей. Следует отметить, что высоким тепловыделением при сгорании отличаются такие топлива, как: бензин, авиационный керосин, дизельное топливо и нефть.

Удельная теплота сгорания спирта и ацетона существенно ниже традиционных моторных топлив. Кроме того, относительно низким значением теплоты сгорания обладает жидкое ракетное топливо и этиленгликоль — при полном сгорании 1 кг этих углеводородов выделится количество теплоты, равное 9,2 и 13,3 МДж, соответственно.

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Топливо Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Ацетон 31,4
Бензин А-72 (ГОСТ 2084-67) 44,2
Бензин авиационный Б-70 (ГОСТ 1012-72) 44,1
Бензин АИ-93 (ГОСТ 2084-67) 43,6
Бензол 40,6
Дизельное топливо зимнее (ГОСТ 305-73) 43,6
Дизельное топливо летнее (ГОСТ 305-73) 43,4
Жидкое ракетное топливо (керосин + жидкий кислород) 9,2
Керосин авиационный 42,9
Керосин осветительный (ГОСТ 4753-68) 43,7
Ксилол 43,2
Мазут высокосернистый 39
Мазут малосернистый 40,5
Мазут низкосернистый 41,7
Мазут сернистый 39,6
Метиловый спирт (метанол) 21,1
н-Бутиловый спирт 36,8
Нефть 43,5…46
Нефть метановая 21,5
Толуол 40,9
Уайт-спирит (ГОСТ 313452) 44
Этиленгликоль 13,3
Этиловый спирт (этанол) 30,6

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов

Представлена таблица удельной теплоты сгорания газообразного топлива и некоторых других горючих газов в размерности МДж/кг. Из рассмотренных газов наибольшей массовой удельной теплотой сгорания отличается водород. При полном сгорании одного килограмма этого газа выделится 119,83 МДж тепла. Также высокой теплотворной способностью обладает такое топливо, как природный газ — удельная теплота сгорания природного газа равна 41…49 МДж/кг (у чистого метана 50 МДж/кг).

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов (водород, природный газ, метан)

Топливо Удельная теплота сгорания, МДж/кг
1-Бутен 45,3
Аммиак 18,6
Ацетилен 48,3
Водород 119,83
Водород, смесь с метаном (50% H2 и 50% CH4 по массе) 85
Водород, смесь с метаном и оксидом углерода (33-33-33% по массе) 60
Водород, смесь с оксидом углерода (50% H2 50% CO2 по массе) 65
Газ доменных печей 3
Газ коксовых печей 38,5
Газ сжиженный углеводородный СУГ (пропан-бутан) 43,8
Изобутан 45,6
Метан 50
н-Бутан 45,7
н-Гексан 45,1
н-Пентан 45,4
Попутный газ 40,6…43
Природный газ 41…49
Пропадиен 46,3
Пропан 46,3
Пропилен 45,8
Пропилен, смесь с водородом и окисью углерода (90%-9%-1% по массе) 52
Этан 47,5
Этилен 47,2
Читайте также:
Парообразование 💧 описание процессов испарения и кипения, свойства, виды превращений жидкости, условия образования пара, формулы, примеры

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов (стройматериалы, древесина, бумага, пластик, солома, резина и т. д.). Следует отметить материалы с высоким тепловыделением при сгорании. К таким материалам можно отнести: каучук различных типов, пенополистирол (пенопласт), полипропилен и полиэтилен.

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Топливо Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Бумага 17,6
Дерматин 21,5
Древесина (бруски влажностью 14 %) 13,8
Древесина в штабелях 16,6
Древесина дубовая 19,9
Древесина еловая 20,3
Древесина зеленая 6,3
Древесина сосновая 20,9
Капрон 31,1
Карболитовые изделия 26,9
Картон 16,5
Каучук бутадиенстирольный СКС-30АР 43,9
Каучук натуральный 44,8
Каучук синтетический 40,2
Каучук СКС 43,9
Каучук хлоропреновый 28
Линолеум поливинилхлоридный 14,3
Линолеум поливинилхлоридный двухслойный 17,9
Линолеум поливинилхлоридный на войлочной основе 16,6
Линолеум поливинилхлоридный на теплой основе 17,6
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе 20,3
Линолеум резиновый (релин) 27,2
Парафин твердый 11,2
Пенопласт ПХВ-1 19,5
Пенопласт ФС-7 24,4
Пенопласт ФФ 31,4
Пенополистирол ПСБ-С 41,6
Пенополиуретан 24,3
Плита древесноволокнистая 20,9
Поливинилхлорид (ПВХ) 20,7
Поликарбонат 31
Полипропилен 45,7
Полистирол 39
Полиэтилен высокого давления 47
Полиэтилен низкого давления 46,7
Резина 33,5
Рубероид 29,5
Сажа канальная 28,3
Сено 16,7
Солома 17
Стекло органическое (оргстекло) 27,7
Текстолит 20,9
Толь 16
Тротил 15
Хлопок 17,5
Целлюлоза 16,4
Шерсть и шерстяные волокна 23,1
  1. Абрютин А. А. и др. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод.
  2. ГОСТ 147-2013 Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и расчет низшей теплоты сгорания.
  3. ГОСТ 21261-91 Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания.
  4. ГОСТ 22667-82 Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе.
  5. ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава.
  6. Земский Г. Т. Огнеопасные свойства неорганических и органических материалов: справочник М.: ВНИИПО, 2016 — 970 с.

06-й. Теплота сгорания топлива и КПД машин

§ 06-й. Теплота сгорания топлива и КПД машин

Как мы отметили в предыдущем параграфе, в XIX веке было построено огромное количество паровых машин: от небольших до огромных. Они потребляли невероятно большое количество топлива, как правило, угля. Его необходимо было добывать и транспортировать к месту потребления, что приводило к большим финансовым затратам. Возникал вопрос: каков КПД паровой машины и как его можно повысить?

Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании вещества, зависит от его массы и удельной теплоты сгорания:

Формула для подсчета количества теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива.

Q – количество теплоты, Дж
m – масса вещества (топлива), кг
q – удельная теплота сгорания, Дж/кг

Удельная теплота сгорания – физическая величина, показывающая количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг вещества. Коэффициенты q для различных горючих веществ (топлив) измерены экспериментально и занесены в таблицы.

Удельная теплота сгорания топлива показывает количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива.

Удельная теплота сгорания веществ, МДж/кг
Уголь 30 Бензин 46
Дрова 10 Керосин 46
Торф 14 Спирт 27
Водород (газ) 120 Природный газ 44

Измерить, сколько механической работы совершила машина, несложно. Тогда КПД машины можно вычислить по формуле:

Формула для подсчета коэффициента полезного действия тепловой машины.

η – КПД тепловой машины, %
A полезн – механическая работа, Дж
Q полн – теплота сгоревшего топлива, Дж

Вычисления показывали, что КПД паровых машин в XIX веке был очень мал: около 1%. При этом ни у кого из физиков не было представления о том, каким может быть максимальный КПД и что могут сделать инженеры, чтобы его повысить.

Читайте также:
Учебные фильмы по физике для школьников - список работ

В 1824 г. была опубликована работа французского инженера С.Карно «Размышления о движущей силе огня». Он рассмотрел идеальную тепловую машину (тепловой двигатель). Не углубляясь в подробности, назовём основные идеи Карно.

Во-первых, любой тепловой двигатель должен обязательно содержать нагреватель и охладитель. Это необходимо, чтобы рабочее тело (газ или пар) могло попеременно увеличивать и уменьшать объём, двигая при этом поршень и совершая работу.

Во-вторых, чем выше температура нагревателя и ниже температура охладителя, тем выше будет КПД. Для идеальной тепловой машины (теплового двигателя) Карно вывел формулу:

Формула для подсчета максимального коэффициента полезного действия идеальной тепловой машины.

η – максимальный КПД двигателя, %
T нагр – температура нагревателя, К
T охл – температура охладителя, К

В этой формуле T нагр и T охл – так называемые абсолютные температуры по шкале Кельвина (см. § 6-а).

Поскольку для тепловых машин (двигателей) охладителем является атмосферный воздух или вода из открытых водоёмов, уменьшить их температуру невозможно. Следовательно, для увеличения КПД необходимо увеличивать температуру нагревателя, точнее, температуру, до которой нагревается рабочее тело.

Экологические проблемы использования тепловых машин. Мы живём в XXI веке, который невозможно представить без электростанций и автомобилей. Большая доля электростанций в мире – тепловые, то есть сжигающие топливо (уголь или газ). Автомобили, работающие на электричестве, – редкость, все остальные сжигают топливо (бензин). При этом есть два губительных для окружающей среды обстоятельства.

Во-первых, выхлопные газы загрязняют атмосферу, делают её непригодной для нормальной жизнедеятельности человека. Во-вторых, выделяющееся тепло изменяет климат Земли и наносит непоправимый вред природе. Поэтому задача человечества – переходить на более безопасные для окружающей среды двигатели.

Горение — энергия топлива и удельная теплота сгорания

Приручив огонь, человек получил большое количество благ. Благодаря огню мы готовим пищу и обогреваем дома. Человеческая цивилизация начала развиваться — возникла металлургия и энергетика. Появились полезные инструменты, механизмы и изобретения.

Процесс горения топлива подарил нам возможность передвигаться на автомобилях и мотоциклах, летать на самолетах, запускать ракеты в космос и путешествовать по морю на кораблях.

До сих пор горение – это основной источник получения энергии во всем мире. В 2010 году сотрудники международного энергетического агентства IEA подсчитали, что 90 процентов всей энергии человечество получает, сжигая различное топливо.

Во время горения происходят химические превращения одних веществ в другие вещества. Такие превращения называют химическими реакциями.

Два вида химических реакций и энергия

Благодаря химическим реакциям в природе появилось множество различных веществ.

Примечание: Химики сложные вещества, состоящие из атомов различных хим. элементов, называют химическими соединениями.

Химические реакции – это процессы перегруппировки атомов:

  • имеющиеся молекулы разъединяются на отдельные атомы;
  • из этих атомов образуются новые молекулы.

При этом происходит поглощение, или выделение энергии.

Повышая температуру, мы ускоряем химические реакции

Скорость молекул зависит от температуры. Чем быстрее молекулы двигаются, тем чаще они будут сталкиваться. А когда количество столкновений увеличивается, то химические реакции протекают быстрее. Поэтому температура вещества влияет на химические реакции.

Во время протекания одних химических реакций тепловая энергия поглощается. Такие реакции называются эндотермическими (рис. 1).

Примерами эндотермических процессов могут служить процесс плавления или процесс парообразования.

А во время протекания других реакций, энергия, наоборот – выделяется. Такие химические реакции называют экзотермическими.

Среди экзотермических процессов можно отметить, например, конденсацию или кристаллизацию.

Примечание: Слова «эндотермический» и «экзотермический» пришли к нам из древнегреческого языка. По-гречески «Эндо» – внутри, «Экзо» – наружу, а «Термо» – тепло.

Что такое горение

В процессе горения температура резко повышается и выделяется большое количество тепловой энергии (теплоты). Поэтому, горение – это экзотермический процесс.

В топливе содержатся атомы химического элемента, который называется углеродом. При горении топлива каждый атом углерода объединяется в двумя атомами кислорода и выделяется энергия.

Когда горит какое-либо вещество, мы видим пламя (рис. 2).

Пламя – это поток раскаленных газов, часть пространства, в которой топливо и кислород превращаются в продукты сгорания.

Горение – процесс сложный, потому, что во время его протекания происходит цепочка химических превращений. В основном – это реакции окисления между сгорающим топливом и кислородом;

Читайте также:
Парообразование 💧 описание процессов испарения и кипения, свойства, виды превращений жидкости, условия образования пара, формулы, примеры

Примечание: В окружающем воздухе содержится кислород. Кислород – это сильный окислитель.

Что нужно, чтобы горение возникло

Только лишь наличия топлива и кислорода в окружающем воздухе недостаточно, чтобы это топливо загорелось. Мы должны сначала нагреть топливо до температуры, при которой произойдет его возгорание. Для предварительного нагрева мы используем источник зажигания. Например, спички, зажигалку и т. п.

Примечание: Чтобы горение возникло, нужно сначала нагреть топливо до температуры, при которой произойдет возгорание.

Например, самостоятельно может загореться бумага, наргетая до 233 градусов Цельсия или дерево, нагретое до 300 градусов Цельсия.

Поэтому, бездумно нагревать горючие вещества опасно. Так как нагретое горючее вещество способно самостоятельно загореться, иногда со взрывом.

Температура самовоспламенения некоторых веществ

  • бумага: 233 (C);
  • дерево: 300 (C);
  • бензин: 250 — 300 (C);
  • спирт этиловый: 400 (C);

Температура горения некоторых веществ

  • сухие дрова: от 800 до 1000 (C);
  • пламя спички: от 750 до 1400 (C);
  • уголь в печи или котле: от 1000 до 2300 градусов Цельсия (зависит от подачи воздуха);
  • бензин: 1300 — 1400 (C);

Температура частей пламени различается

Раскаленные до высокой температуры газы, выделяющиеся при сгорании топлива, светятся. Они образуют светлый ореол около горящего топлива. Этот ореол называют пламенем. Пламя можно условно разделить на слои. Температура таких слоев пламени различается. Чем ярче пламя, чем ближе его цвет к белому цвету, тем выше его температура.

Что такое удельная теплота сгорания

Мы уже знаем, что при горении выделяется теплота (тепловая энергия).

Количество теплоты, которое мы получим при сгорании, будет отличаться для разных видов топлива. Одно топливо будет выделять больше энергии, другое – меньше.

Чтобы сравнивать горючие вещества между собой, удобно сжигать 1 килограмм топлива и измерять выделяемое количество теплоты.

Примечание: Не путайте теплоту и температуру. Теплота – это тепловая энергия. Любую энергию измеряют в Джоулях. А температуру измеряют в градусах.

Тепловая энергия, которая выделяется при полном сгорании 1 кг топлива, называется удельной теплотой сгорания. Ее обозначают маленькой латинской буквой q.

(large q left( frac>>right)) – удельная теплота сгорания.

Примечание: Удельная теплота сгорания — это тепловая энергия, которая выделяется при полном сгорании 1 кг. топлива. Ранее мы уже сталкивались с удельными величинами (ссылка).

Удельную теплоту сгорания некоторых веществ можно найти в справочнике физики.

Как связаны количество теплоты и удельная теплота сгорания — формула

Мы можем посчитать количество теплоты, выделенной при сгорании, когда нам известны:

  • удельная теплота сгорания топлива и
  • количество килограммов вещества.

Для расчетов используем формулу:

(large Q left( text <Дж>right) ) – количество теплоты, т. е. общая тепловая энергия;

(large q left( frac>> right) ) – удельная теплота сгорания;

(large m left( text <кг>right) ) – масса вещества;

Примечание: Если умножить удельную теплоту сгорания (large q ) на количество килограммов m сгоревшего вещества, то можно вычислить общее количество теплоты (large Q ), выделившейся при сгорании топлива.

Недостатки использования горения

На нашей планете из-за широкого использования горения возникают негативные последствия:

  • истощаются полезные ископаемые – нефть, уголь, горючие сланцы, газ,
  • загрязняется окружающая среда — большинство продуктов горения токсичны,
  • ухудшается экология,
  • проявляется глобальное потепление.

Из-за глобального потепления температура на планете поднялась на несколько градусов, начали таять многовековые льды на северном и южном полюсах, изменяется климат.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: