I.14. Combustibili

Combustibilii sunt substanțe care degajă căldură, prin arderea lor.

Clasificarea combustibililor:

👀 Experiment: Depinde căldura cedată de un combustibil de masa lui?
🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!
🔥 Atenție! 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!

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

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 ?

  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: Depinde căldura degajată de un combustibil de felul acestuia?
🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!
🔥 Atenție! 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!

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

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 ?

  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.

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).

🔓 Probleme rezolvate - Combustibili

1. Determină puterea calorică a alcoolului, folosind datele experimentului intitulat "Depinde căldura cedată de un combustibil de masa lui ?". 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).

2. Ce masă de motorină a fost consumată de un motor Diesel cu randamentul de 40%, dacă lucrul mecanic efectuat a fost de 8500000 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: