Spis treści

Wprowadzenie

Przeczytaj

Film samouczek

Sprawdź się

Dla nauczyciela

Co nazywamy wartością energetyczną paliw?

Czy to nie ciekawe?

Czy więcej ciepła otrzymamy spalając w kominku 10 kg węgla, czy 10 kg drewna opałowego? Decyduje o tym wartość energetyczna paliwa. Tym problemem zajmiemy się w niniejszym e-materiale.

Fot. 1. Drewno spalane w kominku. Zwróć uwagę na trzy wyraźne, jasne, małe płomienie na pierwszym planie. Jest to spalający się gaz wytwarzany w drewnie poprzez silne ogrzewanie.

Twoje cele

- poznasz definicję wartości energetycznej paliwa,

- dowiesz się, w jakich jednostkach wyraża się wartość energetyczną paliw,

- przeanalizujesz koszty ogrzewania różnymi paliwami.

Przeczytaj

Warto przeczytać

Paliwa to substancje, z których można uzyskać energię w wyniku ich spalania, tj. reakcji z utleniaczem, najczęściej tlenem. Używane są zarówno w przemyśle, jak i codziennym życiu do ogrzewania domów, czy jako napęd silników samochodowych. Ważną informacją o własnościach paliwa jest ilość energii, jaką można uzyskać ze spalenia jednostki masy lub objętości paliwa. Wielkość tę nazywamy wartością energetyczną paliwa.

Wartością energetyczną paliwa nazywamy ilość ciepła, która powstaje w wyniku całkowitego spalenia 1 kilograma lub 1 litra paliwa.

Wartość energetyczną wyrażamy zwykle MJ/kg w przypadku paliw w stanie stałym, jak węgiel czy drewno lub w MJ/l w przypadku paliw płynnych, jak benzyna czy olej opałowy.

Osoby kupujące opał do ogrzewania domu muszą podjąć decyzję, czy wybrać droższy, ale o większej wartości energetycznej, czy tańszy, ale gorszej jakości - jest to częsta sytuacja na rynku paliw. Oszczędność finansowa przy zakupach może więc złudna, ponieważ w trakcie sezonu grzewczego może okazać się, że przygotowane zapasy węgla czy drewna nie wystarczą do końca zimy i trzeba ponieść kolejny wydatek.

Porównajmy rzeczywisty koszt uzyskania 1 MJ energii podczas spalania najtańszego rodzaju węgla, czyli miału węglowego oraz dobrej jakości węgla kamiennego. Średnia wartość kaloryczna węgla kamiennego wynosi około 28 MJ/kg, a jego koszt to około 800 zł za tonę. Tymczasem miał węglowy może osiągać jedynie około 21 MJ/kg, a 1 tona kosztuje około 500 zł.

Rys 1. Węgiel kamienny z lewej i miał węglowy z prawej

Źródło: dostępny w internecie: https://www.shutterstock.com/pl/image-photo/stones-like-black-bees-which-resting-1689114169?irclickid=Vdv05g0p2xyNUfiwVmR-c3kUUkD18KXC2xfK2s0&irgwc=1&utm_medium=Affiliate&utm_campaign=TinEye&utm_source=77643&utm_term= [dostęp 20.07.2022 r.], dostępny w internecie: https://www.pexels.com/photo/yellow-excavator-2101137/ [dostęp 20.07.2022 r.], Shutterstock, tylko do użytku edukacyjnego na zpe.gov.plOtwiera się w nowym oknie.

Ile kosztuje wytworzenie 1 MJ energii przez spalenie tych dwóch paliw?

1 kg miału kosztuje 0,5 zł, więc za 1 MJ energii trzeba zapłacić .

Koszt 1 MJ energii uzyskanej z węgla kamiennego wynosi: .

Miał jest nieco tańszy, ale podczas spalania wytwarza wielką ilość szkodliwych substancji, jest przyczyną powstawania smogu. Oszczędności na węglu okupione są kosztem zdrowia domowników i sąsiadów.

Słowniczek

MJ (megadżul)

(ang.: megajoule) - milion dżuli, 1 MJ = 10Indeks górny 66 J. od gr. megas - duży, potężny.

sprawność silnika cieplnego

(ang.: thermal efficiency) - stosunek pracy wykonanej przez silnik do ciepła pobranego w tym samym czasie.

Film samouczek

Co nazywamy wartością energetyczną paliw?

Polecenie 1

Obejrzyj film samouczek, z którego dowiesz się, ile ciepła wydzielają do otoczenia w ciągu doby samochody przejeżdżające ul. Marszałkowską w Warszawie. Zastanów się, czy zmiana przyjętej wartości zużycia paliwa wpłynie na wynik obliczeń.

Obejrzyj film samouczek, z którego dowiesz się, ile ciepła wydzielają do otoczenia w ciągu doby samochody przejeżdżające ul. Marszałkowską w Warszawie.

Trwa wczytywanie danych...

Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D2YrrEFRUOtwiera się w nowym oknie

Obejrzyj film samouczek, z którego dowiesz się, ile ciepła wydzielają do otoczenia w ciągu doby samochody przejeżdżające ul. Marszałkowską w Warszawie.

Polecenie 2

Ile wody można by zagotować, czyli ogrzać od 20 Indeks górny ooC do 100 Indeks górny ooC, gdyby użyć całego ciepła, czyli 81 700 kJ, które wydzielają do otoczenia w ciągu doby samochody przejeżdżające ul. Marszałkowską w Warszawie. Ciepło właściwe wody wynosi 4,2 kJ/kg∙K.

Pokaż podpowiedź

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

Ćwiczenie 1

Uzupełnij zdanie:

Jednostką wartości energetycznej paliwa jest (megadżul na kilogram / milidżul na kilogram).

Ćwiczenie 2

Uzupełnij zdanie:

Aby obliczyć wartość energetyczną drewna należy ({pomnożyć} / {#podzielić}) całkowitą energię wydzieloną podczas jego spalania przez jego masę.

Ćwiczenie 3

Uzupełnij zdanie:

Całkowita energia wydzielona podczas spalania oleju napędowego zależy od jego wartości energetycznej, wyrażonej w MJ/l, oraz od jego ({masy} / {#objętości}).

Ćwiczenie 4

Wartość energetyczna koksu wynosi 30 MJ/kg, a węgla brunatnego 10 MJ/kg. Ile razy więcej węgla brunatnego niż koksu trzeba kupić, aby ogrzać dom?

Odpowiedź: Trzeba kupić          razy więcej węgla brunatnego niż koksu.

Pokaż podpowiedź

Ćwiczenie 5

Paweł twierdzi, że wartość energetyczna benzyny zależy od pojemności baku w samochodzie. Wyjaśnij, czy Paweł ma rację. Odpowiedź uzasadnij.

Uzupełnij

Pokaż podpowiedź

Pokaż odpowiedź

Ćwiczenie 6

Traktor napędzany olejem napędowym zużył 5 l oleju o wartości energetycznej 36 MJ/l. Ile energii zostało zużyte na napęd traktora, jeśli sprawność silnika wynosi 30%?

Odpowiedź:          MJ

Pokaż podpowiedź

Ćwiczenie 7

W celu doświadczalnego wyznaczenia wartości energetycznej benzyny spalono w kalorymetrze 1 g tego paliwa. Podczas spalania wydzieliła się energia o wartości 42 kJ. Oblicz wartość energetyczną benzyny i wyraź ją w MJ/l. Gęstość benzyny wynosi 750 kg/mIndeks górny 3.

Odpowiedź:          MJ/l

Pokaż podpowiedź

Ćwiczenie 8

Oblicz, jaki sposób ogrzewania pomieszczenia jest tańszy: piecem na drewno opałowe czy piecem na gaz płynny – propan. Wartości energetyczne paliw: propanu – 25 MJ/l, drewna opałowego – 4 kJ/kg, a ceny: propanu – około 2 zł/l, drewna opałowego – około 0,6 zł/kg.

Uzupełnij

Pokaż podpowiedź

Pokaż odpowiedź

Dla nauczyciela

Imię i nazwisko autora:

Krystyna Wosińska

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Co nazywamy wartością energetyczną paliw?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa

Cele kształcenia – wymagania ogólne

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.

II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres podstawowy

Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:

1) przedstawia jednostki wielkości fizycznych, opisuje ich związki z jednostkami podstawowymi; przelicza wielokrotności i podwielokrotności;

4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem.

V. Termodynamika. Uczeń:

5) posługuje się pojęciem wartości energetycznej paliw i żywności.

Zakres rozszerzony

Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:

1) przedstawia jednostki wielkości fizycznych, opisuje ich związki z jednostkami podstawowymi; przelicza wielokrotności i podwielokrotności;

4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem.

VI. Termodynamika. Uczeń:

7) posługuje się pojęciem wartości energetycznej paliw i żywności.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

- kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

- kompetencje cyfrowe,

- kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

- kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. definiuje wartość energetyczną paliwa;

2. wymienia, w jakich jednostkach wyraża się wartość energetyczną paliw;

3. analizuje koszty ogrzewania różnymi paliwami.

Strategie nauczania

strategia eksperymentalno-obserwacyjna (dostrzeganie i definiowanie problemów)

Metody nauczania

wykład informacyjny, pokaz multimedialny, analiza pomysłów

Formy zajęć:

praca w grupach, praca indywidualna

Środki dydaktyczne:

komputer z rzutnikiem lub tablety do dyspozycji każdego ucznia

Materiały pomocnicze:

e-materiały: „Co nazywamy wartością energetyczną żywności?”, „Jak obliczyć sprawność silników cieplnych?”

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Wprowadzenie zgodnie z treścią w części „Czy to nie ciekawe?”.

Odwołanie do wiedzy uczniów o procesie spalania.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel w krótkim wykładzie wprowadza pojęcie wartości energetycznej paliw, omawiając dokładnie jednostki w jakich się ją wyraża.

Uczniowie w grupach wykonują obliczenia, aby porównać koszt ogrzewania domu węglem różnej jakości.

Uczniowie oglądają film samouczek i wykonują powiązane z nim polecenia.

Faza podsumowująca:

W celu sprawdzenia przyswojonych wiadomości uczniowie rozwiązują zadania 7 i 8 z zestawu ćwiczeń.

Praca domowa:

Zadania 1 - 4 z zestawu ćwiczeń obowiązkowo, jedno z pozostałych zadań do wyboru.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Film samouczek może być wykorzystane przez uczniów po lekcji do powtórzenia i utrwalenia materiału.

Table of Contents

Wprowadzenie

Przeczytaj

Film samouczek

Sprawdź się

Dla nauczyciela