Урок физики в 8 классе «Энергия топлива»
Цель урока: изучить вопросы использования внутренней энергии топлива, выделения тепла при сгорании топлива; вывести формулу для вычисления количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива; рассмотреть вопросы экологии, связанные с вопросом сгорания топлива.
Ход урока:
I. Повторение.
1. Какие виды энергии вам известны?
2. Что называется внутренней энергией
Мы уже говорили о том, что одна из главных задач, стоящих перед человечеством - научиться использовать внутреннюю энергию различных видов топлива. Какие виды топлива вам известны? А на что идет энергия, выделяющаяся при сгорании топлива?
Да, действительно, сейчас эта внутренняя энергия используется так широко и разнообразно, а иногда и бестолково, что ощущается острая нехватка угля, нефти, газа, бензина. Все меньше и меньше становятся запасы топлива, все труднее и дороже обходится его добыча. На первое место выходит вопрос о рациональном, экологичном использовании «черного золота», ведь по самым оптимистичным прогнозам разведанных запасов хватит лишь на 50-60 лет!
II. Объяснение нового материала.
Итак, сегодня мы должны ответить на четыре вопроса: Откуда? Какие? Что? Сколько?
Откуда в топливе энергия?
Какие условия необходимы для сгорания топлива?
Что такое горение?
Сколько энергии выделяется при сгорании топлива?
Чтобы ответить на первый вопрос, нужно знать, как происходило образование топлива. Рассмотрим на примере каменного угля.
Около трехсот миллионов лет назад растительность нашей планеты была не такой, как теперь: Землю покрывали обширные леса, в которых росли гигантские папоротники высотой до 40 м. многоводные реки во время разливов уносили упавшие деревья, их заносило илом и песком. Деревья спрессовались и за многие миллионы лет, находясь без доступа кислорода, превращались в каменный уголь, сохраняя в себе энергию солнечного излучения. Так откуда в топливе энергия? Это энергия солнечного излучения!
«Хвала великому светилу!
Спустя столетья солнца жар
Чудесно переходит в силу,
Свет, электричество и пар», - так писал в XIX веке французский поэт Сюлли Прюдом.
Чтобы ответить на второй вопрос, нам нужно вспомнить из курса химии, какой химический элемент является основным во всех видах топлива? Углерод (С), и чем больше атомов углерода в молекуле вещества, тем топливо лучше.
А что является обязательным условием горения? Наличие кислорода (О2). И, конечно же, топливо необходимо поджечь. Казалось бы, что может быть проще? Но я хочу напомнить вам о том, что умение получать огонь – заметная веха в истории цивилизации. Археологи установили: остаткам первых костров 400 000 тел. Тогда огонь получали случайно, например, от молнии, и поддерживали его. Позднее, 300 000 лет назад, безвестные гении научились получать костер трением, а еще позднее изобрели огниво, которым пользовались вплоть до XIX века. Спички же появились совсем недавно, в 1885 году.
А теперь, зная условия, необходимые для горения, легко можно ответить на вопрос: что такое горение?
Горение – это процесс соединения углерода с кислородом, при котором образуется углекислый газ и выделяется огромное количество теплоты:
C [pic] [pic] + O2 CO2 + Q
Сегодня вы имеете возможность пронаблюдать за процессом горения на примере горения свечи.
(При выключенном свете на фоне тихой музыки, наблюдая за горением свечи, можно зачитать следующие цитаты, принадлежащие Майклу Фарадею:
«Чтобы согреть других, свеча должна сгореть»
«Я могу только выразить вам свое пожелание, чтобы вы могли с честью выдержать сравнение со свечой, т.е. могли бы быть свечой для окружающих, чтобы во всех ваших действиях вы подражали красоте пламени, честно и производительно выполняли свой долг перед человечеством».)
Сколько же энергии выделяется в процессе горения топлива? От чего зависит количество теплоты, выделяющегося при сгорании топлива?
Q ~ q (зависит от вида топлива), где q – удельная теплота сгорания топлива;
Q ~ m (зависит от массы топлива)
Q = mq – формула для расчета количество теплоты, выделяющегося при сгорании данной массы топлива.
Физический смысл Q:
Q = q, если m = 1 кг
Что показывает q? Работаем по таблице 2 учебника.
Итак, казалось бы, мы рассмотрели все вопросы, связанные со сгоранием топлива. Но я не могу поставить на этом точку. Потому что, говоря о сгорании топлива, нельзя не сказать о проблемах, которые встают перед человечеством в этой связи. О каких проблемах идет речь? Конечно же о проблемах экологии, охраны окружающей среды! Ежегодно при сгорании топлива в воздух попадают сотни миллионов тонн различных вредных веществ: сажа, оксиды углерода, серы, азота…
Вы можете сказать, что углекислый газ полезен, потому что растения поглощают его из окружающей среды и в процессе фотосинтеза выделяют кислород. Это действительно так, но только в умеренных количествах. За последние годы содержание углекислого газа повысилось на 15 – 20%. К 2020 году его содержание должно удвоиться! Это может привести к очень серьезным последствиям. Остановимся на основных.
Во-первых, углекислый газ создает своеобразный экран, который препятствует естественному охлаждению земной поверхности, а это может привести к повышению средней температуры на 2 – 30С. причем повышение температуры произойдет очень неравномерно: у полюсов оно будет больше, что может привести к бурному таянию льдов и повышению уровня мирового океана на 50 – 70 м.
Во-вторых, увеличение содержания углекислого газа губительно сказывается на всем живом, в том числе и на человеке, вызывая различные болезни.
В-третьих, сегодня ученые связывают увеличение в воздухе содержания углекислого газа с проблемой алкоголизации населения. Проводились следующие опыты над крысами: в одну чашку наливали воду, а в другую – спирт. В атмосфере кислорода крысы не притрагивались к спирту, в атмосфере же углекислого газа крысы пили как воду, так и спирт.
