К какому виду относится энергия получаемая при горении природного газа кратко

Обновлено: 05.07.2024

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.

Рис. 1. Все химические реакции можно разделить на поглощающие тепловую энергию – эндотермические и, выделяющие энергию — экзотермические

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.

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.

Рис. 2. Горение – это химическая реакция окисления топлива с образованием продуктов горения, пламенем выделением теплоты

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

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.

Рис. 3. Раскаленные газы, выделяющиеся при горении, светятся и, образуют пламя, которое по степени нагревания можно разделить на слои

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:

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

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

\(\large m \left( \text \right) \) – 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.

Тепловая энергия – форма энергии, связанная с движением атомов, молекул или других частиц, из которых состоит тело. Теплота, как и работа является не видом энергии, а только способом её передачи.

Тепловую энергию, получаемую из природных источников или добываемых горючих материалов, называют – первичной тепловой энергией.

Вторичной тепловой энергией – называют такую энергию, которая появляется в результате деятельности людей.

Основная и дополнительная литература по теме урока

Технология. 5 класс: учеб. пособие для общеобразовательных организаций / В. М. Казакевич, Г. В. Пичугина, Г. Ю. Семенова и др.; под ред. В. М. Казакевича. – М.: Просвещение, 2017.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Все тела состоят из атомов и молекул. Эти частицы находятся в непрерывном беспорядочном движении. Хаотичное движение атомов и молекул выражает то, что данное тело обладает тепловой энергией.

Чем больше скорость атомов и молекул какого-то тела, тем большей тепловой энергией оно обладает.

Первобытные люди добывали огонь трением или высекали его ударами кусков кремния друг о друга. Тем самым они увеличивали скорость движения атомов и молекул до такой величины, что древесина или мох воспламенялись.

В процессе увеличения скорости движения атомов и молекул выделяется тепловая энергия. Эта энергия требуется для обогрева жилищ в холодное время года. Тепловая энергия нужна для приготовления пищи. С помощью этой энергии производится многое из того, в чём нуждаются люди: выплавляют из руды металлы, обжигают посуду из глины, режут и сваривают металлы и пластмассы.

Тепловая энергия бывает природной естественной и вторичной.

Природными естественными источниками тепловой энергии для людей является солнце и нагретые недра Земли. Солнце передаёт энергию своим видимым и невидимым излучением. Разогретые недра Земли выбрасывают на поверхность очень горячую магму, раскалённые газы, кипящие струи воды.

Чаще всего тепловую энергию люди получают в результате сжигания различных видов топлива: древесины, торфа, угля, газа, нефти, нефтепродуктов.

Полученную таким образом тепловую энергию используют для отопления, выпаривания, расплавления, нагревания и других технологических процессов.

Тепловую энергию, получаемую от сжигания всех этих энергетических ресурсов, называют первичной тепловой энергией и она является основной в энергетике всех стран мира.

Вторичной тепловой энергией называют такую энергию, которая появляется в результате деятельности людей. Это нагретые вентиляционные выбросы из домов, тоннелей метро, производственных зданий, тепловых электростанций. Это горящие городские отходы. Вторичную тепловую энергию несут отработавшие горячие пар, вода, газы от промышленных производств, например тепловых электростанций, работающих доменных и мартеновских печей.

Начиная с 50-х годов XX века в качестве источника тепловой энергии используют ядерную энергию. Ядра атомов металла урана при определённых условиях распадаются с выделением очень большого количества тепловой энергии.

Например, при сгорании 1 грамма древесины удаётся получить столько энергии, сколько необходимо для горения лампочки мощностью 100 Ватт в течение 1 минуты. Количества энергии, получаемого при сгорании 1 грамма каменного угля, достаточно для горения лампочки мощностью 100 Ватт в течение 2 минут. А при распаде ядер урана массой 1 грамм уранового топлива выделяется такое количество, которого хватило бы для освещения в течение 1 часа домов и улиц города с шестьюдесятью тысячами жителей. Реакцией деления ядер урана люди научились управлять. В нашей стране и во многих других странах построены атомные электростанции.

ГОРЕНИЕ — сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла . Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света .

Светящаяся зона называется фронтом пламени или просто пламенем . Горение до сих пор остаётся основным источником энергии в мире и останется таковым в ближайшей обозримой перспективе.

ПЛАМЯ — это светящаяся зона , образующаяся в ходе горения. Температура пламени зависит от состава исходной смеси и условий, при которых осуществляется горение. При горении природного газа в воздухе температура в горячей зоне может превышать 2000 К, а при горении ацетилена в кислороде (газовая сварка) — 3000 К

ОГОНЬ — интенсивный процесс окисления, сопровождающийся излучением в видимом диапазоне и выделением тепловой энергии. В узком смысле — совокупность раскалённых газов (низкотемпературная плазма), выделяющихся в результате:

произвольного/непроизвольного нагревания горючего материала до определённой точки (здесь и далее под горючими материалами понимаются такие материалы, как древесина, а не вступившие в реакцию компоненты, допустим, сера) при наличии окислителя (кислорода);
химической реакции (в частности, взрыва);
протекания электрического тока в среде (электрическая дуга, электросварка).

Огонь является основной фазой процесса горения и имеет свойство к самораспространению по затронутым им другим горючим материалам.

Собственная температура огня зависит от вещества, выступающего в качестве топлива и давления окислителя. Собственный цвет зависит от горящего вещества и его чистоты (например, огонь от костра или свечи, в котором присутствует значительная доля углекислого газа, горит оранжевым цветом, относительно чистый от углерода — красным, самый чистый — голубым).

Для возникновения и существования огня требуются три компонента: топливо, которое горит, окислитель, который позволяет протекать этому процессу, и температура.

В качестве топлива могут выступать многие вещества. В роли окислителя чаще всего выступает кислород, но могут выступать и другие элементы, — например, хлор или фтор. Иными словами, без доступа окислителя тело не может загореться.

Если же телу передать путём нагрева энергию, которая превзойдёт энергию межмолекулярных связей, оно распадётся на горючие составляющие. Например, при нагревании дерева без доступа воздуха происходит его разделение сначала на древесный уголь и смолу, а затем на горючие газы — углеводороды.

Третий компонент существования огня — температура, которая определяется свойствами окислителей и топлива. Например, кусочек угля в сжиженном кислороде при сверхнизкой температуре не горит, а интенсивно тлеет, но в атмосфере газообразного кислорода, напротив, сгорает быстро, с яркой вспышкой. Таким образом, при отсутствии любого из трёх факторов возникновение огня невозможно.

ПИРОЛИЗ - превращение органических соединений в результате деструкции их под действием высокой температуры. Обычно термин используют в более узком смысле и определяют пиролиз как высокотемпературный процесс глубокого термического превращения нефтяного и газового сырья, заключающийся в деструкции молекул исходных веществ, их изомеризации и др. изменениях. Пиролиз- один из важнейших промышленных методов получения сырья для нефтехимического синтеза. (как в частном жилом доме будет стоять "чисто" пиролизный котел и для чего он нужен?)

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему, либо непосредственно (при контакте), или через разделяющую перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к менее горячему, что является следствием второго закона термодинамики.

Всего существует три простых (элементарных) механизма передачи тепла:

Теплопроводность
Конвекция
Тепловое излучение

Существуют также различные виды сложного переноса тепла , которые являются сочетанием элементарных видов. Основные из них:

теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела);
теплопередача (теплообмен от горячей среды [жидкость, газ или твердое тело] к холодной через разделяющую их СТЕНКУ );
конвективно-лучистый перенос тепла (совместный перенос тепла излучением и конвекцией);
термомагнитная конвекция.

Внутренние источники теплоты — понятие теории теплопередачи, которое описывает процесс производства (реже поглощения) тепловой энергии внутри материальных тел без какого-либо подвода или переноса тепловой энергии извне. К внутренним источникам теплоты относятся:

тепловыделение при работе электрического тока;
тепловыделение при ядерных реакциях;
тепловыделение при химических реакциях.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — электромагнитное излучение , за счёт внутренней энергии тела . Имеет сплошной электромагнитный спектр , расположение и интенсивность максимума которого зависят от температуры тела . При остывании максимум смещается в длинноволновую часть спектра (темнее). Все тела испускают тепловое излучени е, например, нагретый металл, земная атмосфера. Причиной того, что вещество излучает электромагнитные волны, является устройство атомов и молекул из заряженных частиц , из-за чего вещество пронизано электромагнитными полями . В частности, при столкновениях атомов и молекул происходит их ударное возбуждение с последующим высвечиванием.

ТЕПЛОТА - Внутренняя энергия термодинамической системы может изменяться двумя способами: посредством совершения работы над системой и посредством теплообмена с окружающей средой. Энергия, которую получает или теряет тело в процессе теплообмена с окружающей средой, называется коли́чеством теплоты́ или просто теплотой

Для изменения внутренней энергии системы посредством теплообмена также необходимо совершить работу. Однако это не механическая работа, которая связана с перемещением границы макроскопической системы. На микроскопическом уровне эта работа осуществляется силами, действующими между молекулами на границе контакта более нагретого тела с менее нагретым . Фактически при теплообмене энергия передаётся посредством электромагнитного взаимодействия при столкновениях молекул .

Энергия может также передаваться излучением от одного тела к другому и без их непосредственного контакта .

ответ: сначала нужно поставить , а потом сделать расчёты. вот первая . если ехать на автобусе, то от шоссе до дачи надо пройти 2 километра. мы проходим это расстояние за 20 минут. за сколько минут мы пройдём 1 километр. здесь простой расчёт: 20 минут делим на 2 километра и получаем, что 1 километр мы пройдём за 10 минут.

если ехать на дачу на электричке, то до дачи придётся пройти 5 километров. это расстояние мы проходим за 50 минут. а 1 километр проходим тоже за 10 минут. 50 минут делим на 5 километров и получаем искомое число 10 километров.

можно поставить на стоимость билетов. мы решили поехать на дачу автобусом, имея 200 рублей на двоих. стоимость билета в один конец 43 рубля. ставим . хватит ли этих денег на обратный путь. расчёт будет такой. на проезд до дачи мы затратим 43х2=86 рублей. осталось денег: 200-86=114 рублей. значит денег на обратную дорогу вполне хватит. ещё и сдача останется: 114-86=28 рублей.

Читайте также: