Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Nhiên liệu

Một số nhiên liệu thường gặp: Than, củi, dầu, khí đốt là nhiên liệu

2. Năng suất toả nhiệt của nhiên liệu

Định nghĩa: Đại lượng vật lý cho biết nhiệt lượng toả ra khi 1 Kg nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn gọi là năng suất toả nhiệt của nhiên liệu.
Kí hiệu: q
Đơn vị J/Kg

Ví dụ: Năng suất tỏa nhiệt của dầu hỏa là \[{{44.10}^{6}}(J/kg)\]

3. Công thức tính nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy toả ra

Nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn m kg nhiên liệu được tính theo công thức:

\[Q=m.q\]

Trong đó:
- Q: nhiệt lượng toả ra - đơn vị J
- q: năng suất toả nhiệt của nhiên liệu - đơn vị J/Kg
- m: khối lượng nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn - đơn vị Kg

4. Bài tập minh họa

Bài 1:Tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 15kg củi, 15kg than đá. Để thu

được nhiệt lượng trên cần đốt cháy hết bao nhiêu kg dầu hỏa?

Hướng dẫn giải:

Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 15kg củi là:

\[{{Q}_{1}}={{q}_{1}}.{{m}_{1}}={{10}^{7}}.15={{15.10}^{7}}J\]

Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 15Kg than đá là:

\[{{Q}_{2}}={{q}_{2}}.{{m}_{2}}={{27.10}^{6}}.15=4,{{05.10}^{8}}J\]

Lượng dầu hỏa cần dùng để đốt cháy thu được nhiệt lượng Q₂là

\[m=\frac{{{Q}_{1}}}{q}=\frac{{{15.10}^{7}}}{{{44.10}^{6}}}=3,41kg\]

Bài 2:

Dùng bếp dầu hỏa đế đun sôi 2 lít nước từ 15⁰C thì mất 10 phút. Hỏi mỗi phút phải dùng bao nhiêu dầu hỏa? Biết rằng chỉ có 40% nhiệt lượng do dầu tỏa ra làm nóng nước. Lấy nhiệt dung riêng của nước là \[4190J/kg.K\] và năng suât, tỏa nhiệt của dầu hỏa là \[{{46.10}^{6}}J/kg\].

Hướng dẫn giải:

Nhiệt lượng cần cung câp cho nước là: \[Q=2.4190\left( 100-15 \right)=7123003J\]

Nhiệt lượng do bếp dầu tỏa ra là: \[{{Q}_{tp}}=\frac{Q.100}{40}=\frac{712300.100}{40}=1780750J\]

Nhiệt lượng này do dầu cháy trong 10 phút tỏa ra.

Vậy khôi lượng dầu cháy trong 10 phút là: \[m\text{=}\frac{{{Q}_{tp}}}{q}=\frac{1780750}{46000000}=0,0387kg\]

Lượng dầu cháy trong 1 phút là \[0,00387kg\text{ }\approx \text{ }4g.\]

Bài 3:

Tính hiệu suất của một bếp dầu biết rằng phải tốn 150g dầu mới đun sôi được 4,5 lít nước ở 20⁰C.

Hướng dẫn giải:

Nhiệt lượng dùng đề làm nóng là:

\[{{Q}_{2}}={{m}_{2}}.{{c}_{2}}\left( {{t}_{2}}-{{t}_{1}} \right)=4200.4,5\left( 100-20 \right)=1512000J0,00387kg\text{ }\approx \text{ }4g.\]

Nhiệt lượng toàn phần do dầu hỏa tỏa ra là:

\[{{Q}_{tp}}={{q}_{1}}.{{m}_{1}}=0,{{15.44.10}^{6}}=6,{{6.10}^{6}}J\]

Hiệu suất của bếp dầu là: H=Q/Q_tp =1522000/6600000=0.23=23%

Bài 4:

Một bếp dùng khí đốt tự nhiên có hiệu suất 30%. Hỏi phải dùng bao nhiêu khí đốt để đun sôi 3 lít nước ở 30⁰C ? Biết rằng năng suất tỏa nhiệt của khí đốt tự nhiên là \[{{44.10}^{6}}J/kg.\]

Hướng dẫn giải:

Nhiệt lượng dùng để đun sôi nước là:

\[Q=3.4200\left( 100-30 \right)=882000J\]

Nhiệt lượng toàn phần do khí đốt tỏa ra là:

\[{{Q}_{tp}}=\frac{Q.100}{3}=\frac{882000}{3}.100=2940000J\]

Lượng khí đốt cần dùng là:

\[m=\frac{{{Q}_{tp}}}{q}=\frac{2940000}{44000000}=0,77kg\]

B. Giải bào tập trong sách giáo khoa

C1. Tại sao dùng bếp than lại lợi hơn dùng bếp củi?

Trả lời

Than có năng suất tỏa nhiệt lớn hơn củi nên khi đốt cháy cùng một khối lượng nhiên liệu như nhau thì than tỏa ra nhiệt lượng lớn hơn so với củi. Việc dùng than thay cho củi sẽ tiện lợi hơn, góp phần bảo vệ rừng (vì than khai thác từ mỏ ở Việt Nam rất nhiều).

C2. Tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 15kg than đá. Đế thu được nhiệt lượng trên cần đốt cháy hết bao nhiêu kg dầu hỏa?

Trả lời

Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 15kg cùi là:

Q₁ = q₁.m₁ = 107.15 = 15.107J.

Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 15kg than đá là:

Q₂ = q₂.m₂ = 27.106.15 = 4,05.108J.

Lượng dầu hỏa cần dùng đề khi đốt cháy thu được nhiệt lượng Q₁ là:

m = Q₁/q = 15.107/44.106 = 3,41kg

Lượng dầu hỏa cần dùng đế khi đốt cháy thu được nhiệt lượng Q₂là:

m = Q₂/q = 15.107/44.106 = 3,41kg

C. GIẢI BÀI TẬP

B1. Trong các mệnh đề có sử dụng cụm từ năng suất tỏa nhiệt sau, mệnh đề nào đúng?

A. Năng suất tỏa nhiệt của động cơ nhiệt.

B. Năng suất tỏa nhiệt của nguồn điện.

C. Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu.

D. Năng suất tỏa nhiệt của một vật.

Trả lời

Chọn câu C: Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu.

B2. Hãy dựa vào bản đồ tiêu thụ, khai thác và dự trữ dầu (hình 26.1 SGK) để chọn câu trả lời đúng cho các câu hỏi sau đây. Nếu duy trì mức độ khai thác dầu như trong bản đồ thì khu vực nào trên thế giới có nguy cơ cạn kiệt nguồn dự trữ dầu trong 10 năm tới

A. Trung Đông B. Đông Nam Á.

C. Bắc Mĩ D. Châu Âu.

Trả lời

Chọn câu C: Bắc Mĩ.

B3. Người ta dùng bếp dầu hỏa để đun sôi 2 lít nước từ 20°C đựng trong một ấm nhôm có khối lượng 0,5kg. Tính lượng dầu hỏa cần thiết, biết chĩ có 30% nhiệt lượng do dầu tỏa ra làm nóng nước và ấm. Lấy nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K, của nhôm là 880J/kg.K, năng suất tỏa nhiệt của dầu hỏa là 46.106J/kg.

Trả lời

Nhiệt cần đế đun nóng nước là:

Q₁ = m₁.c₁(t₂- t₁) = 2.4200(100 - 20) = 672000J

Nhiệt lượng cần đun nóng ấm là:

Q₂ = m₂.c₂(t₂- t₁) = 0,5.880(100 - 20) = 35200J

Nhiệt lượng do dầu tỏa ra để đun nóng nước và ấm là:

Q₃ = Q₁ + Q₂ = 672000J + 35200J = 707200J

Tổng nhiệt lượng do dầu tỏa ra là:

Q_tp= Q.100/3 = (Q1 + Q2).100/30 = 707200. 100/30 = 2357333J

Vì Q_tp = mq, nên m = Q_tp/q = 2357333/46000000 = 0,051kg