Degimo Šilumos Skaičiuoklė - Išskirta Energija | Nemokamai

Degimo šilumos skaičiuotuvas

Degimo šilumos skaičiuotuvas nustato energiją, išsiskiriančią kurui visiškai sudegus deguonyje. Jis medžiagos kiekį, išreikštą moliais, gramais arba kilogramais, paverčia energijos verte kilodžauliais, megadžauliais arba kilokalorijomis.

Kas yra degimo šiluma?

Degimo šiluma, dar vadinama degimo entalpija, yra energija, išsiskirianti vienam medžiagos moliui visiškai sudegus deguonyje standartinėmis sąlygomis (25 °C ir esant 1 atmosferos slėgiui). Degimas yra egzoterminė reakcija, t. y. jos metu energija išsiskiria, o ne absorbuojama. Ši vertė paprastai išreiškiama kilodžauliais vienam moliui (kJ/mol).

Kiekviena medžiaga turi savitą pastovią degimo šilumą, nustatomą eksperimentu. Skaičiuotuvas šios vertės nematuoja. Jis randa žinomą vertę ir pritaiko ją įvestam kuro kiekiui.

Degimo reakcija

Dauguma šiame skaičiuotuve naudojamų degalų yra angliavandeniliai arba susiję organiniai junginiai. Visiškai degdami jie reaguoja su deguonimi, sudarydami anglies dioksidą ir vandenį bei išskirdami šilumą:

Kuras + O₂ → CO₂ + H₂O + šiluma

Pavyzdžiui, metanas dega taip: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + šiluma.

Dvi skaičiuotuvo medžiagos reaguoja kitaip. Vandenilio sudėtyje nėra anglies, todėl susidaro tik vanduo: 2H₂ + O₂ → 2H₂O + šiluma. Anglies monoksido sudėtyje nėra vandenilio, todėl susidaro tik anglies dioksidas: 2CO + O₂ → 2CO₂ + šiluma.

Kaip apskaičiuoti degimo šilumą

Bendra išsiskyrusi energija lygi medžiagos kiekiui moliais, padaugintam iš jos degimo šilumos vienam moliui:

$Q = n \times H$

kur Q yra bendras išsiskyręs šilumos kiekis, n – medžiagos kiekis moliais, o H – degimo šiluma kilodžauliais vienam moliui.

Jei kiekis pateiktas gramais arba kilogramais, o ne moliais, pirmiausia jį reikia perskaičiuoti naudojant medžiagos molinę masę – vieno molio masę gramais:

• Masė gramais: $n = \frac{m}{M}$
• Masė kilogramais: $n = \frac{m \times 1000}{M}$

kur m yra masė, o M – molinė masė gramais vienam moliui.

Apskaičiavus energiją kilodžauliais, ją galima perskaičiuoti į kitus vienetus:

• 1 MJ = 1 000 kJ
• 1 kcal = tiksliai 4,184 kJ
• 1 kJ = 0,23901 kcal, suapvalinus iki penkių skaitmenų

Skaičiavimo pavyzdys

Kiek šilumos išsiskiria sudeginus 10 gramų metano (CH₄)?

1. CH₄ molinė masė: 16,04 g/mol
2. Perskaičiavimas į molius: 10 g ÷ 16,04 g/mol ≈ 0,623 mol
3. Metano degimo šiluma: 890 kJ/mol
4. Bendra šiluma: 0,623 mol × 890 kJ/mol ≈ 555 kJ

Toks šilumos kiekis taip pat yra maždaug 0,555 MJ arba 133 kcal.

Įprastų medžiagų degimo šilumos vertės

Lentelėje pateikiama kiekvienos skaičiuotuve esančios medžiagos standartinė degimo šiluma ir molinė masė, taip pat vienam gramui tenkanti išsiskyrusi energija.

Vienam moliui butanas iš išvardytų medžiagų išskiria daugiausia energijos, o po jo – gliukozė. Vienam gramui vandenilis išskiria gerokai daugiau energijos nei visos kitos medžiagos, nes jo molinė masė yra labai maža.

Kodėl kinta energijos tankis

Daugiausia iš anglies ir vandenilio sudarytos molekulės išskiria energiją, kai nutraukiamos C–H ir C–C jungtys ir susidaro naujos jungtys CO₂ bei H₂O molekulėse. Didesni angliavandeniliai paprastai išskiria daugiau energijos vienam moliui, nes turi daugiau jungčių. Tačiau vienam gramui tenkanti energija taip pat priklauso nuo molinės masės, todėl lengva molekulė, pavyzdžiui, vandenilis, gali išskirti daugiau energijos vienam gramui, nors vienam moliui jos išskiria mažiau.

Deguonies jau turinčios medžiagos, pavyzdžiui, etanolis ir gliukozė, vienam gramui išskiria mažiau energijos nei panašaus dydžio grynieji angliavandeniliai. Prieš prasidedant degimui kai kurios jų jungtys jau būna iš dalies oksiduotos, todėl išskirti lieka mažiau energijos.

Kaip matuojama degimo šiluma

Standartinis metodas yra bombos kalorimetrija. Pasvertas mėginys sudeginamas sandariame plieniniame inde, pripildytame deguonies ir panardintame į žinomą vandens masę. Išsiskyrusi šiluma sušildo vandenį, o temperatūros padidėjimas kartu su žinoma kalorimetro šilumine talpa parodo išsiskyrusią energiją.

Aukštesnioji ir žemesnioji šilumingumo vertė

Degimo šiluma gali būti pateikiama dviem būdais, atsižvelgiant į tai, ar susidaręs vanduo galiausiai yra skystis, ar garai. Aukštesnioji šilumingumo vertė (HHV) apima papildomą šilumą, išsiskiriančią vandens garams kondensuojantis į skystį. Žemesnioji šilumingumo vertė (LHV) jos neapima. Šiame skaičiuotuve naudojamos HHV vertės, išmatuotos laikant susidariusį vandenį skystu.

Dažnai užduodami klausimai

Kuo skiriasi aukštesnioji ir žemesnioji šilumingumo vertė? Aukštesnioji šilumingumo vertė (HHV) apima šilumą, išsiskiriančią degimo produktuose esantiems vandens garams kondensuojantis į skystą vandenį. Žemesnioji šilumingumo vertė (LHV) laiko šį vandenį garais, todėl nurodo mažesnį skaičių. Šiame skaičiuotuve naudojamos HHV vertės.

Kuris kuras turi didžiausią degimo šilumą? Iš šiame skaičiuotuve esančių medžiagų butanas išskiria daugiausia energijos vienam moliui (2 877 kJ/mol). Vienam gramui daugiausia jos išskiria vandenilis (apie 141,6 kJ/g), nes jo molinė masė yra labai maža.

Ar galima apskaičiuoti į sąrašą neįtrauktos medžiagos degimo šilumą? Šis skaičiuotuvas apima tik dešimt į jį įtrauktų medžiagų. Bet kurio kito junginio degimo šilumą reikia rasti chemijos žinyne arba nustatyti laboratorijoje, tada rankiniu būdu įrašyti į tą pačią formulę.

Kodėl tokie angliavandeniai kaip gliukozė vienam gramui išskiria mažiau energijos nei angliavandeniliai? Gliukozės struktūroje jau yra deguonies atomų, todėl jos anglies atomai prieš prasidedant degimui būna iš dalies oksiduoti. Palyginti su panašaus dydžio grynu angliavandeniliu, išskirti lieka mažiau energijos.

Ar degimo šiluma yra tas pats, kas maiste esančios kalorijos? Jomis matuojamas tos pačios rūšies dydis – energija, išsiskirianti oksiduojant medžiagą, tačiau etiketėse nurodomos maisto kalorijos (kilokalorijos) gaunamos iš maistinių medžiagų mišinio ir atsižvelgia į tai, ką organizmas iš tikrųjų pasisavina bei metabolizuoja, o ne tik į didžiausią cheminę energiją, išsiskiriančią visiškai sudegus medžiagai.

Ar degimo reakcijas pavojinga bandyti atlikti namuose? Degimas yra egzoterminis procesas, galintis uždegti aplinkines medžiagas arba uždarose erdvėse sukelti slėgio didėjimą. Kuro bandymai ar kalorimetrų gamyba turėtų būti atliekami tik turint tinkamą pasirengimą, užtikrinus vėdinimą ir naudojant saugos priemones.