Номер 6, страница 112, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Тепловые двигатели. Параграф 27. Энергия топлива. Удельная теплота сгорания. Вопросы и задания - номер 6, страница 112.

Условие.

6. Объясните, используя табличные данные, почему порох невыгодно применять как топливо, а бензином нельзя заменить порох в артиллерийских орудиях.

Решение.

Почему порох невыгодно применять как топливо

Для оценки эффективности топлива используется такая физическая величина, как удельная теплота сгорания. Она показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива. Сравним удельную теплоту сгорания пороха и бензина, используя табличные данные:

Удельная теплота сгорания пороха: $q_{пороха} \approx 3.8 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} = 3.8 \frac{МДж}{кг}$.

Удельная теплота сгорания бензина: $q_{бензина} \approx 44 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} = 44 \frac{МДж}{кг}$.

Как видно из сравнения, при сгорании 1 кг бензина выделяется более чем в 10 раз больше энергии, чем при сгорании 1 кг пороха ($44 \frac{МДж}{кг} \gg 3.8 \frac{МДж}{кг}$). Следовательно, для получения одного и того же количества энергии потребуется сжечь гораздо большую массу пороха, что делает его применение в качестве топлива экономически невыгодным и неэффективным.

Ответ: Порох невыгодно применять как топливо, потому что его удельная теплота сгорания значительно ниже, чем у традиционных видов топлива, таких как бензин. Это означает, что для получения того же количества энергии требуется гораздо больше пороха, что неэффективно и дорого.

Почему бензином нельзя заменить порох в артиллерийских орудиях

Основное требование к веществу, используемому в артиллерийских орудиях, — это способность к очень быстрому, практически мгновенному выделению большого объема газа, создающего высокое давление для выталкивания снаряда. Это свойство определяется скоростью горения.

Порох является метательным взрывчатым веществом, особенностью которого является очень высокая скорость горения. Важнейшим свойством пороха является то, что в его состав уже входит окислитель (например, калиевая селитра в дымном порохе). Это позволяет ему гореть в замкнутом пространстве гильзы без доступа кислорода из воздуха, причём скорость горения возрастает с увеличением давления. Процесс горения пороха (дефлаграция) происходит с огромной скоростью, обеспечивая необходимое для выстрела давление за тысячные доли секунды.

Бензин, в свою очередь, является топливом. Для его горения необходим окислитель — кислород из воздуха. В замкнутом пространстве ствола орудия кислорода недостаточно для быстрого сгорания всего объёма бензина. Даже в виде топливовоздушной смеси (как в двигателе внутреннего сгорания) скорость его горения значительно ниже, чем у пороха. Давление газов при сгорании бензина нарастало бы слишком медленно, чтобы придать снаряду необходимую начальную скорость. Вместо резкого толчка, необходимого для выстрела, получилось бы медленное и неэффективное горение.

Ответ: Бензином нельзя заменить порох в артиллерийских орудиях из-за его низкой скорости горения и необходимости в кислороде из воздуха. Порох содержит собственный окислитель и сгорает практически мгновенно, создавая высокое давление для выстрела, в то время как бензин горит медленно и не сможет обеспечить необходимой мощности для выталкивания снаряда.