Thermische energie en de bijbehorende voorwaarden: verbranding en brandstoffen

Thermische energie en de bijbehorende voorwaarden: verbranding en brandstoffen!

Thermische energie is de meest voorkomende vorm van energie die de mensheid heeft kunnen gebruiken. Het wordt meestal verkregen door verbranding. Wanneer een stof snel combineert met zuurstof die warmte (en licht) afgeeft, wordt het fenomeen verbranding genoemd.

Bij verbranding gaat het dus om het verbranden van een stof. Je moet een stuk papier of een splinter hebben zien branden (ontsteek) in de lucht. In feite is dit een voorbeeld van een snelle chemische reactie tussen de stof die wordt verbrand en de zuurstof van de lucht. Dientengevolge vormen de elementen die vervat zijn in de te verbranden stof hun oxiden. Dit gaat gepaard met het vrijkomen van warmte en licht.

Een stof die verbranding ondergaat, is brandbaar. Hout, kolen, benzine, diesel, aardgas en petroleum zijn bijvoorbeeld brandbare stoffen. Een stof die wordt verbrand met het oog op het verkrijgen van warmte (en licht) ervan, wordt een brandstof genoemd.

Zo zijn hout, kolen, benzine, diesel, kerosine, was enz. Allemaal brandstoffen. Omdat deze allemaal koolstof bevatten in de vrije of gecombineerde toestand, worden ze ook op koolstof gebaseerde brandstoffen genoemd. Waterstof is een voorbeeld van brandstof op basis van niet-koolstof.

Aanhanger van de verbranding:

Een voorstander van verbranding is een stof waarvan de aanwezigheid essentieel is voor de verbranding van een andere stof. Voor al die stoffen die in de lucht branden, zuurstof is de aanhanger van de verbranding. Koolstofdioxide gedraagt ​​zich over het algemeen als een niet-ondersteuner van verbranding.

Voer de volgende activiteiten uit om dit te begrijpen.

1. Lucht is een voorstander van verbranding:

Steek een kaars aan en plaats er een omgekeerd glas overheen. De kaars stopt na enige tijd met branden. In feite brandt de kaars slechts zolang de zuurstof van de lucht aanwezig is in het omgekeerde glas. Als alle zuurstof uit de lucht is opgebruikt tijdens het branden, gaat de kaars uit.

2. Koolstofdioxide is een niet-ondersteuner van verbranding:

Koolstofdioxide wordt gevormd als het wassen van soda of bakpoeder wordt behandeld met een zuur, zeg azijn. Neem wat baking soda in een klein flesje en voeg er wat azijn aan toe. Steek een kaars aan en houd een opgevouwen stuk papier in een schuine stand, zoals weergegeven in figuur 7.2.

Houd de opening van de fles dicht bij het bovenste uiteinde van het papier. Je zult merken dat de kaars niet meer brandt. Omdat koolstofdioxide zwaarder is dan lucht, reist het door het gevouwen papier en bereikt het de vlam. Omdat het gas de verbranding niet ondersteunt, is de vlam gedoofd.

Ontstekingstemperatuur:

Hout of steenkool is een brandstof, maar begint het op zichzelf te branden? Nee, het moet worden verwarmd met een vlam en pas dan begint het te branden. Maar zodra het begint te branden, wordt er zoveel warmte geproduceerd dat het hele stuk hout of steenkool brandt.

Een brandstof begint pas te branden als deze wordt verwarmd tot een temperatuur die de ontbrandingstemperatuur wordt genoemd. De temperatuur waartoe een stof moet worden verwarmd voordat de verbranding plaatsvindt, wordt de ontbrandingstemperatuur genoemd.

U begrijpt het belang van de ontbrandingstemperatuur bij het uitvoeren van de volgende activiteit.

Activiteit:

Plaats een papieren beker met water boven een vlam. Het water wordt heet, maar de beker brandt niet. Dit komt omdat het water de warmte van de beker wegneemt en niet toestaat de ontbrandingstemperatuur te bereiken.

Nu kunnen we gemakkelijk begrijpen waarom

1. Vuur dooft door water, en

2. Een houtblok duurt langer om te branden dan houtkrullen wanneer het in een vlam wordt verwarmd.

Wanneer water over een brandende substantie wordt gegoten, absorbeert het warmte van de substantie. Als gevolg hiervan daalt de temperatuur van de stof tot onder de ontstekingstemperatuur en stopt deze met branden.

Een houtblok heeft een enorme massa. Dus, wanneer we het verwarmen met een vlam, wordt de warmte die het log ontvangt door de bulk afgevoerd. En het loggen duurt lang om de ontstekingstemperatuur te bereiken. Aan de andere kant bereiken houtkrullen met een veel kleinere massa gemakkelijker de ontstekingstemperatuur. Een houtblok of een groot stuk hout duurt dus langer dan houtkrullen om te branden.

Calorische waarde van een brandstof:

De hoeveelheid warmte die wordt afgegeven door een eenheidsmassa van een brandstof bij volledige verbranding in lucht of zuurstof staat bekend als de calorische waarde van de brandstof.

De term is afgeleid van 'calorie', wat een eenheid is van warmte. In het internationale systeem van eenheden (afgekort SI) wordt de joule echter als een eenheid van energie gebruikt. In dit systeem wordt de calorische waarde van een brandstof uitgedrukt in kJ / g.

Tabel 7.1 Calorische waarden van sommige brandstoffen:

Brandstof

Calorische waarde (in kJ / g)

Hout

17

Steenkool

25-33

Mestkoek

6-8

Kerosine

48

Diesel

45

Benzine

50

LPG

50

biogas

35-40

methaan

55

Waterstof

150

Waterstof heeft de hoogste calorische waarde. Het is echter moeilijk te hanteren in de gasvormige toestand omdat het een explosief mengsel met lucht vormt. In vloeibare toestand wordt het gebruikt als brandstof in ruimtevaartuigen.