ККД нагрівача
2-й семестр
ТЕПЛОВІ ЯВИЩА
4. Кількість теплоти. Теплові машини
Урок 11/53
Тема. ККД нагрівача
Мета уроку: познайомити учнів з поняттям ККД нагрівача; указати шляхи підвищення ККД сучасних нагрівачів.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
План уроку
Контроль знань | 5 хв. | 1. Що таке горіння? 2. Що таке питома теплота згоряння палива? 3. Скільки енергії виділяється при повному згорянні 1 кг гасу? 4. Чому будинок вигідніше опалювати, використовуючи вугілля, |
Вивчення нового матеріалу | 25 хв. | 1. Коефіцієнт корисної дії нагрівача. 2. Закон збереження й перетворення енергії в теплових і механічних процесах |
Закріплення вивченого матеріалу | 15 хв. | 1. Контрольні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. 3. Поміркуй і відповідай |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Коефіцієнт корисної дії нагрівача
Не всю енергію, що виділилася при згорянні палива, ми можемо використати корисно. Частина енергії передається навколишньому середовищу.
Величина, що показує, яку частину становить корисно використовувана теплота QK від усієї, що виділилася при згорянні палива Qп, називається ККД нагрівача.
Коефіцієнтом корисної дії нагрівача називають виражене у відсотках відношення кількості теплоти, витраченої на нагрівання, до кількості теплоти, виділеної при повному згорянні палива.
Якщо не вживати спеціальних заходів, що запобігають “викиду тепла” у навколишній простір, ККД нагрівача буде дуже низь ким. Розглянемо приклад.
Щоб довести до кипіння воду в повному трилітровому казанку, спалили 2 кг сухих дров. Яка частина кількості теплоти, що виділилась при згорянні дров, пішла на нагрівання води, якщо початкова температура води була 20°С.
При згорянні дров масою mд виділилася кількість теплоти Qп = qmд. Для нагрівання води в казанку до кипіння необхідна кількість теплоти Qп = свmв(tкип – tв), де mв – маса води (3 кг) у казанку. Шукана величина дорівнює:
Обчислення дають:
Цей розрахунок показує, наскільки великі теплові втрати “біля багаття”. Правда, не можна їх уважати зовсім вже “втратами”: адже ми й самі грілися біля багаття, поки на ньому підігрівався казанок з водою.
У техніці для підвищення ККД нагрівача вживають заходи щодо зменшення теплових втрат: нагрівач і тіло, що нагрівають, розміщають у спеціальній оболонці, щоб зменшити викид тепла в навколишнє середовище.
2. Закон збереження й перетворення енергії в теплових і механічних процесах
Проведемо дослід з падінням тенісної кульки на стіл. Дослід ілюструє взаємні перетворення механічної енергії. У деякий момент часу кулька володіє й потенціальною, і кінетичною енергією, а повна механічна енергія не змінюється й дорівнює:
Цей висновок справедливий не тільки для механічних, але й для теплових процесів (наприклад, у калориметричних дослідах). Тобто в теплових процесах при теплообміні енергія не виникає з нічого й нікуди не зникає безвісти, а передається від більш нагрітих тіл менш нагрітим.
Можна навести ряд дослідів (нагрівання монети під час тертя її об стіл, нагрівання дроту при його згинанні тощо). На підставі аналізу дослідів можна зробити висновок, що перехід внутрішньої енергії в механічну й навпаки є одним з поширених перетворень енергії.
Далі можна розповісти про досліди Джоуля, Майєра, Гельмгольца, Деві, Румфорда, про роботи Ломоносова. Роботи вчених багатьох країн світу дозволили звести в ранг науки еквівалентність роботи й кількості теплоти.
У загальному виді закон збереження й перетворення енергії формулюється в такий спосіб:
При всіх явищах, що відбуваються в природі, енергія не виникає й не зникає, вона тільки перетворюється з одного виду в інший, кількісно залишаючись незмінною.
Так, якщо тілу передати деяку кількість теплоти, то воно буде здатне виконати роботу. Наприклад, нагрівання газу в циліндрі під поршнем дозволить підняти вантаж на деяку висоту. Разом з тим частина теплоти, переданої тілу, піде на збільшення його внутрішньої енергії. Це пояснюється тим, що не можна перетворити в механічну роботу всю теплову енергію, передану тілу.
Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу
Наведіть приклади перетворення механічної енергії у внутрішню й внутрішньої в механічну.
Наведіть приклади переходу енергії від одного тіла до іншого.
Який дослід показує, що при переході внутрішньої енергії від одного тіла до іншого її значення зберігається?
Чому неможливий вічний двигун?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1). Навчаємося розв’язувати задачі
1. З якої висоти повинна падати крапля води, щоб після удару об землю вода виявилася кип’яченою? Початкова температура краплі 0 °С. Передачу енергії навколишньому середовищу не враховуйте.
2. На спиртівці нагріли 200 г води від 15 °С до 75 °С. При цьому згоріло 6 г спирту. Яку частину становить кількість теплоти, використана на нагрівання води, від тієї кількості теплоти, що виділилася при згорянні спирту?
3. Щоб довести до кипіння воду в повному трилітровому казанку, спалили 2 кг сухих дров. Яка частина кількості теплоти, що виділилась при згорянні дров, пішла на нагрівання води, якщо початкова температура води була 20 °С?
Розв’язок. При згорянні дров масою т виділилася кількість теплоти Qп = qmд. Для нагрівання води в казанку до кипіння необхідна кількість теплоти Qк = свmв (tкип – tв), де mв – маса води (3 кг) у казанку. Шукана величина дорівнює:
Обчислення дають:
Відповідь: 4,2%. Цей розрахунок показує, наскільки великі теплові втрати.
2). Поміркуй і відповідай
1. Чому розкидані вуглинки багаття гаснуть швидко, а складені в купу довго зберігаються в розпеченому вигляді?
2. Шматок алюмінію й шматок свинцю впали з однакової висоти. Який з металів при ударі наприкінці падіння матиме більш високу температуру? У скільки разів?
3. Чому при слабкому морозі сніг на дорогах з інтенсивним автомобільним рухом розм’якшується й починає підтавати? Відповідь поясніть.
Домашнє завдання-1
1. У-1: § 25 (п. 2).
2. Сб-1:
Рів1 – № 28.6, 28.9, 28.10, 28.11, 28.12.
Рів2 – № 28.16, 28.17, 28.19, 28.21.
Рів3 – № 28.25, 28.26, 28.27, 28.28.
Домашнє завдання-2
1. У-2: § 41 (п. 3, 4).
2. Сб-2:
Рів1 – № 30.6, 30.7, 30.11, 30.12.
Рів2 – № 30.14, 30.16, 30.17, 30.18.
Рів3 – № 30.19, 30.20, 30.21.
