K tomu je třeba vzít v úvahu teplo spalování dřeva a tepelnou kapacitu vody. Suché dřevo má určité spalovací teplo, které je vyjádřeno v joulech nebo kaloriích. Je známo, že 1 kg suchého dřeva může při spalování uvolnit určité množství tepla.
Tepelná kapacita látky ukazuje, kolik tepla musí být dané látce předáno, aby se její teplota změnila o 1 stupeň Celsia. U vody je tato hodnota známá a rovná se přibližně 4,18 kJ/kg*°c.
Nyní se můžete pustit do řešení problému. Vzhledem k tomu, že se spalují 2 kg suchého dřeva a každý kilogram má určitou spalovací teplotu, můžeme vypočítat celkové teplo uvolněné při spalování. Pomocí tepelné kapacity vody pak lze určit, o kolik stupňů se zahřeje 50 kg vody.
Výpočet tepla ze spalování dřeva
Nechte výhřevnost suchého dřeva je X kJ / kg. výpočet tepla Q uvolněného při spalování 2 kg dřeva lze provést podle vzorce:
V našem případě, za předpokladu, že výhřevnost suchého dřeva je 16,7 kJ / kg, dostaneme:
Q = 2 * 16,7 = 33,4 kj
Při spalování 2 kg suchého dřeva se tedy uvolňuje 33,4 kj tepla.
Abychom zjistili, o kolik stupňů se zahřeje 50 kg vody, musíme použít vzorec:
kde Q je množství tepla, m je hmotnost látky, c je specifická tepelná kapacita látky, ΔT je změna teploty.
Za předpokladu, že měrná tepelná kapacita vody je 4,18 kJ / (kg * °c), můžeme určit změnu teploty pomocí vzorce:
Vložením hodnot do vzorce získáme:
ΔT = 33,4 / (50 * 4,18) = 0,16 °C
Tímto způsobem se 50 kg vody zahřeje o 0,16 °C při spalování 2 kg suchého dřeva.
Množství vody a dřeva
Chcete-li zjistit, o kolik stupňů se zahřeje 50 kg vody, musíte vzít v úvahu hmotnost a teplo spalování dřeva.
V tomto případě je známo, že spalování 2 kg suchého dřeva může uvolnit určité množství tepla. Ohřev 50 kg vody však nezávisí pouze na teple spalování dřeva, ale také na jejich hmotnosti. Hmotnost spáleného dřeva přímo ovlivňuje množství tepla, které mohou uvolňovat.
Teplo uvolněné při spalování dřeva je distribuováno mezi dřevo a vodu. Část tepla putuje na ohřev spalovaného dřeva a zbývající tepelná energie se přenáší do vody a ohřívá ji. Určit, o kolik stupňů se zahřeje 50 kg vody, lze pomocí fyzikálního vzorce, který bere v úvahu hmotnost vody a teplo spalování dřeva.
Pro přesné určení změny teploty vody je tedy nutné znát nejen hmotnost vody a palivového dřeva, ale i další faktory, jako je počáteční a konečná teplota vody, spalovací teplo palivového dřeva a koeficient ztrát.
Tepelná kapacita vody
Tepelná kapacita vody je asi 4.186 J/G°C, což znamená, že k zahřátí 1 gramu vody na 1 stupeň Celsia je potřeba 4.186 joulů tepla. Tato hodnota je relativně vysoká a činí vodu účinným nosičem tepla.
Tepelná kapacita vody umožňuje její použití k regulaci teploty v různých systémech. Hraje zvláště důležitou roli v topných a chladicích systémech, stejně jako v průmyslových procesech.
K určení podílu tepla, které může voda absorbovat nebo rozdávat, když se ohřívá nebo ochlazuje, se používá následující vzorec:
- Q-množství tepla;
- m-hmotnost látky;
- c-tepelná kapacita látky;
- ΔT - změna teploty.
Pro určení, o kolik stupňů se voda zahřeje spalováním suchého dřeva, je tedy nutné znát hmotnost vody a suchého dřeva a také zvážit tepelnou kapacitu vody.
Teplo spalování dřeva
Pro výpočet tepla spalování palivového dřeva je nutné znát jejich chemické složení. Suché dřevo se skládá převážně z uhlíku (C), vodíku (H) a kyslíku (o). Palivové dřevo obsahuje také malé množství dusíku (N) a síry (s).
Teplo spalování dřeva se vyjadřuje v kilojoulech na kilogram nebo v megajoulech na tunu. Pro srovnání, energetická hodnota uhlí a ropy je také vyjádřena v těchto měrných jednotkách.
| Látka | Spalovací teplo, MJ / kg |
|---|---|
| Uhlí | 24-30 |
| Ropa | 42-45 |
| Palivové dříví | 14-18 |
Teplo spalování dřeva závisí na jejich vlhkosti a dřevě. Suché dřevo produkuje při spalování více tepla než vlhké. Také dřevo může ovlivnit energetickou hodnotu palivového dřeva.
Například při spalování 2 kg suchého dřeva se uvolní 28-36 MJ tepla. Toto množství tepla lze použít k ohřevu vody. Pro výpočet konečné teploty vody je třeba vzít v úvahu její objem a počáteční teplotu.
Překlad veličin
Pro výpočet změny teploty vody musíme nejprve převést veličiny z různých měrných jednotek na univerzální. V našem případě musíme převést hmotnost dřeva z kilogramů (kg) na jouly (J) a tepelnou kapacitu vody z kalorií (kal) na jouly (J).
Překlad masy dřeva:
Víme, že 1 kg dřeva obsahuje přibližně 17 000 výkalů. Abychom tuto veličinu přeložili do jouly, musíme vzít v úvahu, že 1 kal = 4,184 J. Takže překládáme:
2 kg dřeva * 17 000 kal/1 kg * 4,184 J/1 kal = 142 880 J
Přenos tepelné kapacity vody:
Tepelná kapacita (C) vody je přibližně 4,184 J/G. Abychom zjistili tepelnou kapacitu pro 50 kg vody, musíme tepelnou kapacitu vody vynásobit hmotností vody:
4,184 J/Kroupy * 50 kg = 209,2 J / Kroupy
Nyní, když máme převedené hodnoty, můžeme vypočítat množství tepla uvolněného spalováním dřeva a teplotní změnu vody.
Výpočet příjmu tepla
Pro výpočet produkce tepla je třeba vzít v úvahu, že při spalování suchého dřeva se uvolňuje určité množství tepla, které může ohřívat vodu. V tomto případě se předpokládá, že veškerá energie uvolněná spalováním dřeva přechází do tepla.
Voda, jak je známo, má hustotu 1 kg / litr, To znamená, že 50 kg vody zabírá 50 Litrů. Pro výpočet tepelného efektu je nutné znát také tepelnou kapacitu vody. Budeme potřebovat hodnotu 1 kalorie na 1 stupeň Celsia pro 1 gram vody.
Tepelná energetická hodnota dříví může být zastoupena v kaloriích. Řekněme, že víme, že 2 kg suchého dřeva obsahuje 5 000 kalorií. Pro výpočet tepelného efektu budeme potřebovat množství, které zahřeje 1 kilogram vody na 1 stupeň Celsia. S těmito informacemi lze vypočítat, o kolik stupňů se zahřeje 1 kg vody při spalování 2 kg dřeva.
Tepelný efekt se vypočítá podle vzorce:
Tepelný efekt = tepelná kapacita vody * změna teploty
V případě našeho úkolu lze velikost změny teploty nalézt rozdělením tepelné kapacity vody na tepelný efekt od 1 kg suchého dřeva. Tepelná účinnost vody je považována za 1 kalorii na stupeň Celsia pro 1 gram vody.
Můžeme tedy vypočítat, kolik stupňů se zahřeje 1 kg vody ze spálení 2 kg suchého dřeva a díky znalosti tepelné kapacity vody můžeme vypočítat celkovou změnu teploty pro 50 kg vody.
Konečná teplota vody
K určení konečné teploty vody, která se zahřeje spálením 2 kg suchého dřeva, je nutné použít vzorec přenosu tepla.
Množství tepla, které voda absorbuje při zahřívání, lze vypočítat pomocí vzorce:
kde Q je množství tepla, m je hmotnost vody, c je specifická tepelná kapacita vody, ΔT je změna teploty.
Měrná tepelná kapacita vody je asi 4186 J/(kg·°c).
Zpočátku má voda určitou teplotu, například 20°C. pokud se voda zahřeje o ΔT stupňů, výsledná teplota bude stejná:
Titog = Tnač + ΔT
kde Titog je konečná teplota, Tnach je počáteční teplota.
Vložením hodnot do vzorce získáme:
Q = 50 kg * 4186 J/(kg·°c) * ΔT
Po spálení 2 kg suchého dřeva se množství tepla uvolněného při spalování rovná:
Qdrova = 2 kg * - z J / kg
kde Z je spalovací teplo palivového dřeva, které najdete v příslušné tabulce. Nastavením hodnot získáme:
Qdrova = 2 kg * - z J / kg
Teplo uvolněné při spalování dřeva je zcela absorbováno vodou, takže:
50 kg * 4186 J/(kg·°c) * ΔT = 2 kg * - z J / kg
Odtud lze nalézt ΔT:
ΔT = (2 kg * - z J / kg) / (50 kg * 4186 J/(kg * °c))
Nastavením hodnot získáme numerickou hodnotu ΔT.
Takže výsledná teplota vody bude rovna počáteční teplotě plus ΔT:
Titog = Tnač + ΔT
Nastavením hodnot získáme numerickou hodnotu konečné teploty vody.