Просмотр кода страницы Теплота сгорания

'''Теплота́ сгора́ния''' — [[Количество теплоты|количество выделившейся теплоты]] при полном [[Горение|сгорании]] массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в [[Джоуль|джоулях]] или [[калория]]х. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется [[Удельная теплота сгорания|''удельной теплотой сгорания'']]. В системе СИ: ''Дж/кг.'' Также довольно часто используются внесистемные единицы измерения: ''кДж/кг, МДж/кг и ккал/кг''.

Для её измерения пользуются методами [[Калориметрия|калориметрии]]. Теплота сгорания определяется [[Химическая формула|химическим составом]] горючего вещества. Содержащиеся в горючем веществе [[химические элементы]] обозначаются принятыми символами [[Углерод|''С'']], [[Водород|''Н'']], [[Кислород|''О'']], [[Азот|''N'']], [[Сера|''S'']], а [[зола]] и [[вода]] — символами ''А'' и ''W'' соответственно.

== Виды теплоты сгорания ==

Теплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе горючего вещества <math>Q^P</math>, то есть к горючему веществу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе вещества <math>Q^C</math>; к горючей массе вещества <math>Q^\Gamma</math>, то есть к горючему веществу, не содержащему влаги и золы.

Различают высшую (<math>Q_B</math>) и низшую (<math>Q_H</math>) теплоту сгорания.

Под ''высшей теплотой сгорания'' понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.


где k — коэффициент, равный 25 кДж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).

== Расчёт теплоты сгорания ==

Таким образом, высшая теплота сгорания — это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема (для газа) горючего вещества и охлаждении продуктов сгорания до температуры точки росы. В теплотехнических расчетах высшая теплота сгорания принимается как 100 %. Скрытая теплота сгорания газа — это теплота, которая выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Теоретически она может достигать 11 %.

На практике не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации, и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (QHp), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в веществе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Низшая теплота сгорания для жидкого и твердого вещества определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):

<math>Q_H^P=Q_B^P-2514\cdot((9H^P+W^P)/100)</math>

или

<math>Q_H^P=Q_B^P-600\cdot((9H^P+W^P)/100)</math>, где:<br
>2514 — теплота парообразования при температуре 0&nbsp;°C и атмосферном давлении, кДж/кг;<br
><math>H^P</math> и <math>W^P</math> — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %;<br
>9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.

Теплота сгорания является наиболее важной характеристикой топлива, так как определяет количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 или 4,19 кДж.

Низшая теплота сгорания определяется экспериментально для каждого вещества и является справочной величиной. Также её можно определить для твердых и жидких материалов, при известном элементарном составе, расчётным способом в соответствии с формулой [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеева]], кДж/кг или ккал/кг:

<math>Q_H^P=339\cdot C^P+1256\cdot H^P-109\cdot(O^P-S_L^P)-25.14\cdot(9\cdot H^P+W^P)</math>

или

<math>Q_H^P=81\cdot C^P+246\cdot H^P-26\cdot(O^P+S_L^P)-6\cdot W^P</math>, где:

<math>C_P</math>, <math>H_P</math>, <math>O_P</math>, <math>S_L^P</math>, <math>W_P</math> — содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).

Для сравнительных расчётов используется так называемое [[условное топливо]], имеющее удельную теплоту сгорания, равную 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).

В России тепловые расчёты (например, расчёт тепловой нагрузки для определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности<ref>[[НПБ]] 105-03</ref>) обычно ведут по низшей теплоте сгорания; в США, Великобритании, Франции — по высшей. В Великобритании и США до внедрения [[Международная система единиц|метрической системы]] мер удельная теплота сгорания измерялась в [[Британская тепловая единица|британских тепловых единицах]] (BTU) на [[Фунт (единица измерения)|фунт]] (lb) (1Btu/lb = 2,326 кДж/кг).

{| class="standard"
|-
! width=50%|Вещества и материалы
! width=50%|Низшая теплота сгорания при постоянном давлении <math>Q_H^P</math>, МДж/кг
|-
| Бензин
| 41,87<ref>{{Cite web|url=http://stopfire.ru/content/343/1314|title=Теплота сгорания  Автоматические системы пожаротушения, установки пожаротушения, проект сигнализации, обслуживание сигнализации, оросители: спринклеры и дренчеры, монтаж пожарной сигнализации, пожарная экспертиза, огнезащитная краска, покрытия и составы, обработка огнезащитная, огнезащита конструкций, металлоконструкций, системы пожарной безопасности, пожарные категории, план эвакуации, охранно пожарная сигнализация, противопожарные ворота, двери металлические, системы пожарной сигнализации, автоматическое пожаротушение, противопожарная защита, монтаж ОПС|publisher=stopfire.ru|lang=ru|accessdate=2017-10-19|archive-date=2017-10-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20171020034045/http://stopfire.ru/content/343/1314|deadlink=no}}</ref>
|-
| Керосин
| 42,9—43,12<ref>{{Cite web|url=http://www.nge.ru/g_10227-86.htm|title=ГОСТ 10227-86. Топлива для реактивных двигателей. Топлива для реактивных двигателей.|publisher=www.nge.ru|accessdate=2017-10-19|archive-date=2017-10-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20171020033801/http://www.nge.ru/g_10227-86.htm|deadlink=no}}</ref>
|-
| Бумага(книги, журналы)
| 13,4<ref name=":0">{{Cite web|url=http://pozharaudit.ru/useful152.html|title=ООО “Аудит пожарной безопасности”|publisher=pozharaudit.ru|accessdate=2017-10-19|archive-date=2017-10-31|archive-url=https://web.archive.org/web/20171031223731/http://pozharaudit.ru/useful152.html|deadlink=yes}}</ref>
|-
| Древесина (бруски W = 14%)
| 13,8<ref name=":0" />
|-
| Каучук натуральный
| 44,73—44,8<ref name=":0" />
|-
| Линолеум поливинилхлоридный
| 14,31<ref name=":0" />
|-
| Резина
| 33,52
|-
| Волокно штапельное
| 13,8
|-
| Полиэтилен
| 47,14<ref name=":0" />
|-
| Полистирол
| 39<ref name=":0" />
|-
| Хлопок разрыхленный
| 15,7<ref name=":0" />
|-
|}

== Самые высокие значения теплоты сгорания природных газов из различных источников ==
Данные получены [[Международное энергетическое агентство|Международным энергетическим агентством]]<ref name="KWES">{{Cite web |url=http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2005/key2005.pdf |title=Key World Energy Statistics (2005), page 59 |accessdate=2010-11-14 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20101205090745/http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2005/key2005.pdf |archivedate=2010-12-05 |deadlink=yes }}</ref>.

* [[Алжир]]: 42 000 кДж/м³
* [[Бангладеш]]: 36 000 кДж/м³
* [[Белоруссия]]: 33 000 кДж/м³
* [[Великобритания]]: 39 710 кДж/м³
* [[Вьетнам]]: 45 520 кДж/м³
* [[Канада]]: 38 200 кДж/м³
* [[Индонезия]]: 40 600 кДж/м³
* [[Нидерланды]]: 33 320 кДж/м³
* [[Норвегия]]: 39 877 кДж/м³
* [[Россия]]: 38 231 кДж/м³
* [[Саудовская Аравия]]: 38 000 кДж/м³
* [[США]]: 38 416 кДж/м³
* [[Узбекистан]]: 37 889 кДж/м³

== Необходимое количество электроэнергии для работы лампочки мощностью 100 Вт в течение 1 года ==
Количество топлива, необходимого для получения указанной ниже электроэнергии, рассчитано при 100 % эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую. Так как большинство [[Электрический генератор|электрогенерирующих установок]]  и распределительных систем достигают эффективности ([[Коэффициент полезного действия|КПД]]) порядка 30—35 %, фактическое количество топлива, используемого для питания лампочки мощностью 100 Вт, будет приблизительно в три раза больше указанного количества.

* 228,5 кг [[древесина|древесины]] (при 20 % влажности)
* 88,5 кг [[уголь|угля]] (антрацит малозольный)
* 72,1 кг [[керосин]]а
* 79,2 м³ [[природный газ|природного газа]] (используя усредненную величину 40000 кДж/м³)
* 63 кг [[метан]]а
* 26 кг [[водород]]а
* 0,04 г [[Уран (элемент)|уран]]а (энергия, выделяющаяся при [[цепная ядерная реакция|цепной ядерной реакции]])
* 1,75*10<sup>−5</sup> г [[антивещество|антивещества]] (энергия, выделяющаяся при [[аннигиляция|аннигиляции]]).

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* Физический энциклопедический словарь
* Большая Советская энциклопедия
* Пособие по применению НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности»

== См. также ==
* [[Внутренняя энергия]]
* [[Горение]]
* [[Пожар]]
* [[Экзотермическая реакция]]
* [[Удельная теплота сгорания]]

[[Категория:Термодинамика]]