المحتوى الحراري للاحتراق – المسعرية بالموقد الكحولي وطاقة الغذاء والمسعر القنبلي ومقارنة أنواع الوقود
الكيمياءالطاقة الكيميائية والديناميكا الحرارية15–16 سنةمختبر افتراضي
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلتجربة عملية افتراضية: احرق الميثانول والإيثانول والبروبان-1-ول والبيوتان-1-ول والبنتان-1-ول في موقد كحولي أسفل علبة نحاسية فيها ماء، وزِن الموقد قبل الاحتراق وبعده، واقرأ أعلى درجة حرارة، ثم احسب q = mcΔT و n = Δm/M و ΔcH = −q/n. قارن النتائج بقيم الجداول المرجعية (من −726 إلى −3329 kJ/mol) لتقدير الفقد الحراري والتغير المنتظم بنحو −654 kJ/mol لكل مجموعة CH₂. وفي عروض أخرى تحرق عينة غذاء أسفل أنبوب غليان، وتعاير مسعرًا قنبليًا كهربائيًا (CF = VIt/ΔT)، وتقارن الطاقة النوعية وكثافة الطاقة وانبعاث CO₂ للديزل والديزل الحيوي والبنزين والإيثانول الحيوي والغاز الطبيعي والغاز الحيوي والهيدروجين.
الدرس: المحتوى الحراري لاحتراق الكحولات – تجربة المسعرية والطاقة من الوقود
ماذا تعرض
تقيس هذه التجربة العملية الافتراضية المحتوى الحراري لاحتراق أول خمسة كحولات ذات سلسلة مستقيمة. يزن الطالب الموقد الكحولي، ويسخّن ماء العلبة النحاسية نحو 20 °C، ويسجل أعلى درجة حرارة، ثم يحسب ΔcH من q = mcΔT و n = Δm/M. لا تبلغ النتائج عادةً إلا 40–70 % من قيم الجداول المرجعية، فتفتح المحاكاة النقاش حول الفقد الحراري والاحتراق غير التام وطرق التحسين مثل حاجز الهواء والغطاء. ويكشف جدول النتائج وتكرار المحاولات ومنحنى ΔcH مقابل طول السلسلة التغير المنتظم لكل مجموعة CH₂. وتتناول عروض إضافية طاقة الغذاء، والمعايرة الكهربائية للمسعر القنبلي، والمقارنة بين الوقود الأحفوري والوقود الحيوي والهيدروجين.
طريقة الاستخدام
اختر «الوقود» وكتلة «الماء» و«بُعد اللهب»، وفعّل «حاجز هواء» أو «غطاء العلبة» إن شئت. اضغط «إشعال»، ثم «إطفاء» عندما ترتفع درجة الحرارة نحو 20 °C؛ انتظر بلوغ القمة واضغط «تسجيل». كرر المحاولات وغيّر الوقود لملء الجدول والمنحنى. استخدم «السرعة» للتسريع و«مجموعة البيانات» لتكرار النتائج نفسها. وتتيح لك العروض الأخرى حرق الغذاء أو معايرة المسعر القنبلي أو مقارنة أنواع الوقود.
المعاملات القابلة للتغيير
- العرض الموقد الكحولي: الكحولات, حرق عينة غذاء, المسعر القنبلي, مقارنة أنواع الوقود
- الوقود (كحول) الميثانول, الإيثانول, البروبان-1-ول, البيوتان-1-ول, البنتان-1-ول
- كتلة الماء في العلبة النحاسية 50–250 g
- المسافة بين اللهب وقاعدة العلبة 1–8 cm
- استخدام حاجز هواء
- وضع غطاء على العلبة
- احتساب الحرارة التي تمتصها العلبة النحاسية
- يحسب الطلاب (إخفاء النتائج)
- مجموعة البيانات (تعيد المحاولات نفسها) 1–999
- عينة الغذاء حبة فول سوداني, نصف حبة كاجو, قطعة رقائق بطاطس, حلوى المارشميلو
- الكمية المقارنة الطاقة النوعية (MJ/kg), كثافة الطاقة (MJ/L), CO₂ المنبعث لكل MJ
أسئلة للاستكشاف
- لماذا يكون المحتوى الحراري للاحتراق المقيس بالموقد الكحولي أصغر بكثير من قيمة الجداول المرجعية؟
- بكم يتغير ΔcH مع كل مجموعة CH₂ إضافية، ولماذا يكاد هذا التغير يكون ثابتًا؟
- لماذا يعطي المسعر القنبلي نتائج أقرب كثيرًا إلى قيم الجداول المرجعية مما تعطيه العلبة النحاسية؟
