Дослідження виділення енергії у процесі горіння – МАНЛаб


Дослідження виділення енергії у процесі горіння

Автор Атамась Артем
Науковий співробітник НЦ "Мала академія наук України", кандидат технічних наук. Сфера наукових інтересів: розвиток технологій наукової освіти.

Завдання роботи:

  1. Ознайомитися з теоретичною частиною роботи.
  2. Провести експеримент відповідно до ходу дослідження.
  3. Визначити вищу питому теплоту згоряння парафіну згідно з аналізом даних.
  4. Зробити висновки за результатами дослідження.

Обладнання:

Штатив з кільцями та тримачем, мобільна лабораторія NOVA 5000, датчик температури DT029, парафінова свічка, тонкостінна алюмінієва посудина з теплоізолювальною кришкою, підіймальний столик, посудина з водою, електронні терези.

Теоретична частина

Кількість теплоти, що виділяється при згорянні довільної маси палива, визначається за формулою:

Q = qm, (1)

де q – питома теплота згоряння;

 m – маса речовини.

Процес горіння відбувається лише за наявності повітря.

Оскільки теплота є видом енергії, здатної виконувати роботу, то вона в системі СІ виражається спільною для всіх видів енергії одиницею – Джоулем (Дж), який рівний добутку сили 1 Н на шлях 1 м. 1 кал = 4,1868 Дж ≈ 4,19 Дж.

Найвища теплота згоряння – кількість тепла, що виділяється при повному згорянні 1 кг або 1 м³ робочого палива за умови, що водень, який міститься в ньому, згоряє з утворенням води.

Найнижча теплота згоряння – кількість тепла, що виділяється 1 кг або 1 м3 робочого палива, з урахуванням згоряння водню у водяну пару і випаровування вологи палива.

Найнижчу теплоту згоряння використовують для підрахунку потреби в паливі та його вартості, при складанні теплових балансів і визначенні ККД установок, що використовують паливо. Для порівняння різних видів палива і підрахунку потреби в пальному введене поняття про умовне паливо та нафтовий еквівалент. Умовне паливо характеризується найнижчою теплотою згоряння, яка дорівнює 7000 ккал/кг або 29,33 МДж/кг; нафтовий еквівалент – 10000 ккал/кг або 41,90 МДж/кг.

Для визначення теплоти згоряння парафіну використаємо метод передачі тепла від палива до ємності з водою. Ємність має ввігнуте дно, що забезпечує більш повне поглинання тепла від полум’я. При нагріванні будь-яке тіло випромінює тепло у навколишній простір. Для врахування втрат теплоти при проведенні цього експерименту необхідно визначити долю теплоти, що пішла на випромінювання. Тому протягом однакового часу триватимуть процеси нагрівання та охолодження без підведення тепла. При нагріванні посудина з водою мала би вищу температуру за відсутності втрат. Щоб вирахувати цю температуру, нагрітій посудині дають час на охолодження, що дорівнює часові, затраченому на нагрівання. Зміна температури за рахунок охолодження додається до найбільшого значення температури.

Хід роботи

  1. Під’єднайте датчик температури до першого виходу реєстратора даних І/О-1.
  2. Запустіть програму MultiLab.
  3. Програмне забезпечення MultiLab автоматично розпізнає датчик температури.
  4. Натисніть «Реєстратор», «Настройки» на головній панелі інструментів.
  5. Запрограмуйте частоту замірів реєстратора даних, обравши один замір на секунду та кількість зразків, що дорівнює 200.
  6. Налийте в тонкостінну посудину 100 мл води кімнатної температури. Значення маси води mв занесіть до таблиці.
  7. Закрийте посудину теплоізолювальною кришкою, помістіть у неї датчик температури та встановіть на кільце штативу.
  8. Зважте парафінову свічку на електронних терезах. Запишіть до таблиці результат з точністю до сотих часток грама m1.
  9. Запаліть свічку та помістіть її під посудиною на підіймальний столик.
  10. Натисніть «Старт» .
  11. По досягненні 100-го виміру приберіть свічку, загасіть її та дочекайтеся завершення експерименту.
  12. Зважте парафінову свічку на електронних терезах. Запишіть до таблиці результат з точністю до сотих часток грама m2.
  13. Встановіть Перший курсор  на графік у точку початку нагрівання. Зчитайте під віссю значення початкової температури води t1 і занесіть до таблиці.
  14. Перемістіть курсор у точку, що відповідає максимальній температурі. Зчитайте під віссю значення t2 та занесіть до таблиці.
  15. Перемістіть курсор у кінець графіка, зчитайте температуру t3 та занесіть до таблиці.

Аналіз даних

  1. Розрахуйте значення температури t4 = t2+(t2t3), яку мала би вода за відсутності розсіювання тепла у довколишній простір. Результат занесіть до таблиці.
  2. Розрахуйте кількість теплоти, що виділилася в результаті горіння свічки. Результат занесіть до таблиці.
  3. Розрахуйте масу парафіну, що згорів, mп = m1 m2.
  4. Розрахуйте найвищу теплоту згоряння парафіну . Результат занесіть до таблиці.

 Таблиця результатів

mв, кг m1, кг m2, кг mп, кг t1, °C t2, °C t3, °C t4, °C Q, Дж q, Дж/кг