Номер 4, страница 13 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-5. Энергия топлива - номер 4, страница 13.

Условие.

4. a) Сосновые и берёзовые дрова имеют примерно одинаковую удельную теплоту сгорания. Почему выгоднее использовать берёзовые дрова, чем сосновые?

б) Почему порох невыгодно использовать как топливо?

Решение.

а) Хотя удельная теплота сгорания (количество теплоты, выделяющееся при сгорании единицы массы вещества) у сосновых и берёзовых дров примерно одинакова, их плотность существенно различается. Берёза является лиственной, более плотной породой дерева, в то время как сосна — хвойная, менее плотная.

Плотность сухих берёзовых дров составляет примерно $650 \, кг/м^3$, а сосновых — около $520 \, кг/м^3$. Это означает, что при одинаковом объёме (например, в одной поленнице) масса берёзовых дров будет больше массы сосновых.

Поскольку общее количество теплоты $\text{Q}$, выделяемое при сгорании, рассчитывается по формуле $Q = q \cdot m$, где $\text{q}$ — удельная теплота сгорания, а $\text{m}$ — масса, то при одинаковом объёме берёзовые дрова дадут больше тепла. Так как дрова чаще всего закупают и хранят, измеряя их объёмом, использование более плотных берёзовых дров оказывается экономически выгоднее.

Кроме того, из-за высокого содержания смолы сосновые дрова быстро прогорают, сильно искрят и образуют много сажи, засоряющей дымоход. Берёзовые дрова горят дольше, ровным и жарким пламенем, отдавая тепло более равномерно.

Ответ: Берёзовые дрова выгоднее использовать, потому что они имеют большую плотность. При одинаковом объёме масса берёзовых дров больше, и, следовательно, они выделяют большее общее количество теплоты. Также они горят дольше и равномернее.

б) Порох невыгодно использовать как топливо по нескольким причинам, связанным с его основным предназначением. Порох — это не топливо, а взрывчатое вещество, предназначенное для метания снарядов.

1. Скорость сгорания. Главное свойство пороха — очень высокая скорость горения (дефлаграция), которая происходит практически мгновенно. В отличие от топлива, энергия которого должна высвобождаться постепенно и контролируемо для поддержания нужной температуры, энергия пороха выделяется взрывообразно. Такое быстрое выделение энергии невозможно использовать для обогрева.

2. Низкая удельная теплота сгорания. Несмотря на взрывной характер реакции, порох выделяет относительно мало тепла по сравнению с традиционными видами топлива. Удельная теплота сгорания чёрного пороха составляет около $3 \, МДж/кг$, в то время как у дров — $10-15 \, МДж/кг$, а у угля — около $30 \, МДж/кг$. То есть для получения того же количества тепла пороха понадобилось бы в несколько раз больше по массе.

3. Высокая стоимость и опасность. Порох значительно дороже в производстве, чем дрова, уголь или газ. Кроме того, его хранение и использование в больших количествах, необходимых для отопления, чрезвычайно опасно из-за его взрывчатых свойств.

Ответ: Порох невыгодно использовать как топливо, так как он является взрывчатым веществом, сгорающим практически мгновенно и неконтролируемо. Кроме того, он имеет низкую удельную теплоту сгорания по сравнению с обычным топливом, дорог в производстве и опасен в обращении.