Удельная теплота сгорания дров: значение, таблица и примеры задач
Удельная теплота сгорания показывает, сколько теплоты выделяется при полном сгорании одного килограмма топлива. В учебнике физики для сухих дров берут 1,0·10⁷ Дж/кг, а в справочниках встречаются цифры от 8 до 19 МДж/кг. Разберём, откуда такая разница, и решим типовые задачи.
Что такое удельная теплота сгорания
Удельная теплота сгорания — физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг. Обозначают её буквой q, измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг). Слово «удельная» и означает «в расчёте на единицу массы».
Зная q, легко найти теплоту для любой массы топлива: Q = q · m, где Q — количество теплоты в джоулях, m — масса в килограммах. Из этой формулы выводят и обратные: q = Q / m и m = Q / q.
Чему равна удельная теплота сгорания дров
В школьном курсе физики для сухих дров принимают q = 1,0·10⁷ Дж/кг, то есть 10 000 000 джоулей, или 10 мегаджоулей на килограмм. Это значение и нужно подставлять в задачи, если в условии не указано другое. Для сравнения ниже — другие виды топлива из той же таблицы учебника.
| Топливо | q, Дж/кг | q, МДж/кг |
|---|---|---|
| Дрова сухие | 1,0·10⁷ | 10 |
| Торф | 1,4·10⁷ | 14 |
| Каменный уголь | 2,7·10⁷ | 27 |
| Антрацит | 3,0·10⁷ | 30 |
| Древесный уголь | 3,4·10⁷ | 34 |
| Природный газ | 4,4·10⁷ | 44 |
| Бензин, керосин | 4,6·10⁷ | 46 |
Почему в справочниках другие цифры
Значение из учебника округлённое и усреднённое. В реальности теплота сгорания дров сильно зависит от влажности: вода не горит, и часть тепла уходит на её испарение. Абсолютно сухая древесина даёт 18-19 МДж/кг, дрова влажностью 20% — около 14 МДж/кг, сырые влажностью 50% — около 8 МДж/кг.
Вторая причина — высшая и низшая теплота сгорания. Высшая учитывает тепло, которое выделяется, когда водяной пар из дыма конденсируется, низшая — без него. В печи пар уходит в трубу, поэтому для отопления берут низшую; у сухой древесины она примерно на 10% меньше высшей.
| Влажность | МДж/кг | кВт·ч/кг |
|---|---|---|
| 0% (абсолютно сухая) | 18-19 | около 5 |
| 10% | около 16 | 4,5 |
| 20% | около 14 | 4,0 |
| 30% | около 12 | 3,4 |
| 40% | около 10 | 2,8 |
| 50% | около 8 | 2,2 |
Удельная теплота сгорания по породам
На килограмм разница между породами небольшая: берёза, сосна, ель, осина и дуб при одинаковой влажности дают близкие цифры. У дров влажностью 20% это 14-15 МДж/кг, у смолистой сосны — чуть больше, у осины — чуть меньше. В килокалориях — около 3300-3600 ккал/кг.
Почему же тогда берёзовые дрова считаются теплее сосновых? Потому что в печь кладут не килограммы, а кубометры. Берёза плотнее, и в кубе её по весу больше, поэтому с кубометра берёзы тепла выходит заметно больше, чем с кубометра сосны или осины.
Как переводить единицы
1 МДж = 1 000 000 Дж = 10⁶ Дж. 1 кВт·ч = 3,6 МДж. 1 ккал ≈ 4,19 кДж. Отсюда учебниковые 10 МДж/кг — это около 2,8 кВт·ч или 2390 ккал на килограмм, а 14 МДж/кг реальных дров влажностью 20% — около 3,9 кВт·ч или 3340 ккал.
Задача 1: сколько теплоты выделится при сгорании дров
Условие: какое количество теплоты выделится при полном сгорании 15 кг сухих дров? Удельная теплота сгорания дров — 1,0·10⁷ Дж/кг.
Решение: Q = q · m = 1,0·10⁷ Дж/кг · 15 кг = 1,5·10⁸ Дж. Ответ: 1,5·10⁸ Дж, или 150 МДж.
Задача 2: определите удельную теплоту сгорания
Условие: при полном сгорании 4 кг дров выделилось 4,8·10⁷ Дж теплоты. Определите удельную теплоту сгорания этих дров.
Решение: q = Q / m = 4,8·10⁷ Дж / 4 кг = 1,2·10⁷ Дж/кг. Ответ: 1,2·10⁷ Дж/кг — немного больше табличного, такие дрова суше обычных.
Задача 3: сколько дров нужно сжечь
Условие: сколько сухих дров нужно сжечь, чтобы нагреть 100 л воды от 10 до 60 °C, если на нагрев воды идёт 40% теплоты? Удельная теплоёмкость воды — 4200 Дж/(кг·°C).
Решение: масса воды — 100 кг. Теплота на нагрев: Q₁ = c · m · Δt = 4200 · 100 · 50 = 2,1·10⁷ Дж. С учётом КПД дрова должны выделить Q = Q₁ / 0,4 = 5,25·10⁷ Дж. Масса дров: m = Q / q = 5,25·10⁷ / 1,0·10⁷ = 5,25 кг. Ответ: около 5,3 кг.
Задача 4: дрова или уголь
Условие: во сколько раз больше теплоты выделится при сгорании каменного угля, чем при сгорании такой же массы сухих дров?
Решение: 2,7·10⁷ / 1,0·10⁷ = 2,7. Ответ: в 2,7 раза. На практике разница меньше — в полтора-два раза: уголь даёт 6-7 кВт·ч с килограмма, сухие дрова около 4, а значение для дров в учебнике занижено.
Как это пригодится дома
Формула Q = q · m работает и для отопления, только q нужно брать реальное, а результат умножать на КПД печи. Килограмм берёзовых дров влажностью 20% даёт около 4 кВт·ч, кирпичная печь с КПД 70% передаст в дом около 2,8. Сырые дрова дадут в полтора-два раза меньше на килограмм, поэтому сушка важнее выбора породы.
Сколько тепла даёт кубометр разных пород и сколько дров нужно дому на зиму, мы разобрали в статье «Теплота сгорания дров: сколько тепла дают разные породы».
Сухие берёзовые дрова: больше тепла с каждого килограмма →