Kamenné uhlí je jedním z hlavních zdrojů energie používaných po celém světě. Navzdory rostoucí popularitě obnovitelných zdrojů energie, jako je solární a větrná, zůstává kamenné uhlí stále žádané kvůli jeho dostupnosti a schopnosti poskytovat vysoký výkon.
Spalování kamenného uhlí je to proces, při kterém uhlík obsažený v uhlí interaguje s kyslíkem ze vzduchu, vytváří oxid uhličitý, vodu a uvolňuje značné množství energie. Přesné množství energie uvolněné při spalování kamenného uhlí však závisí na jeho chemickém složení a kvalitě.
Přibližně při plném spalování 1 kg kamenného uhlí se uvolňuje asi 29 megajoulů energie. Pokud tedy máme 15 kg kamenného uhlí, bude při plném spalování uvolněno asi 435 megajoulů energie. To znamená, že kamenné uhlí je velmi energeticky náročný a účinný zdroj, který lze použít pro různé potřeby, včetně výroby elektřiny a vytápění.
Jaké množství energie se uvolní
Pro výpočet množství energie uvolněné při spalování uhlí lze použít vzorec:
| Parametr | Hodnota |
|---|---|
| Hmotnost uhlí (kg) | 15 |
| Teplo spalování uhlí (MJ / kg) | 25 |
| Celková energie (MJ) | 375 |
Při plném spalování 15 kg kamenného uhlí se tak uvolní asi 375 MJ energie. Toto množství energie lze použít k různým účelům, jako je výroba elektřiny nebo vytápění místností.
Ideální množství energie při plném spalování
Při plném spalování 15 kg kamenného uhlí se uvolňuje značné množství energie. Velikost této energie lze vypočítat pomocí vzorce:
- Q-množství energie uvolněné při spalování (J);
- m-hmotnost uhlí (kg);
- C-měrná tepelná kapacita uhlí (J/(kg·°C);
- Δ t - změna teploty (°C).
Měrná tepelná kapacita kamenného uhlí je přibližně 25 000 000 J / (kg·°C) a pro úplné spalování uhlí je charakteristická změna teploty o 800 °C. vložením těchto hodnot do vzorce získáme:
Q = 15 kg · 25 000 000 J/(kg·°c) · 800 °C = 300 000 000 000 j.
Při plném spalování 15 kg kamenného uhlí se tedy uvolní asi 300 000 000 000 J energie.
Fyzikální výpočet energie v chemické reakci
Pro fyzikální výpočet energie v chemické reakci je třeba vzít v úvahu entalpii tvorby reaktantů a produktů. Entalpie tvorby je změna tepla při tvorbě 1 molu látky z elementárních látek ve standardním stavu.
Pro výpočet uvolňování energie při plném spalování 15 kg kamenného uhlí je nutné znát entalpii tvorby kamenného uhlí a spalovacích produktů. Předpokládejme, že entalpie tvorby kamenného uhlí je -30 kJ/mol a entalpie tvorby spalovacích produktů (oxid uhličitý a voda) je -400 kJ / mol.
Nejprve je nutné převést hmotnost kamenného uhlí do množství mol pomocí molární hmoty kamenného uhlí. K tomu se používá rovnice:
počet mol = hmotnost / molární hmotnost
Molární hmotnost kamenného uhlí je přibližně 12 g/mol. Množství mol kamenného uhlí se tedy bude rovnat:
počet mol = 15 kg / 12 g / mol = 1250 mol
Dále lze pomocí entalpie tvorby vypočítat změnu energie při spalování kamenného uhlí. Změna energie se rovná rozdílu mezi entalpií tvorby produktů a činidel vynásobenému množstvím krtků kamenného uhlí:
změna energie = (entalpie produktů - entalpie reaktantů) * množství molu kamenného uhlí
Pro náš příklad bude změna energie stejná:
změna energie = (-400 kJ / mol - (-30 kJ / mol)) * 1250 mol = -462500 kj
Při plném spalování 15 kg kamenného uhlí se tak uvolní přibližně 462.500 kJ energie.
Normy a dohody
Výpočet energetické hodnoty a energetické účinnosti paliva se provádí v souladu s určitými normami a dohodami. V tomto článku budou použity následující strandarty:
- 1. Základní jednotkou měření energie je Joule (J).
- 2. Pro snadné uvedení měrných jednotek se často používá jiná jednotka-kalorie (výkaly). 1 kalorie se rovná 4,184 joulům.
- 3. Množství energie uvolněné při spalování paliva se vypočítá pomocí vzorce:
kde Q je uvolněná energie (J), M je hmotnost vyhořelého paliva (kg), CHP je spalovací teplo paliva (J/kg).
Kolik energie se uvolní při plném spalování 15 kilogramů kamenného uhlí?
Uhlí obsahuje uhlík, který je hlavním zdrojem energie při jeho spalování. Když uhlí shoří, uhlík se spojí s kyslíkem ze vzduchu, vytvoří oxid uhličitý (CO2) a uvolní teplo.
Průměrný výhřevný efekt u kamenného uhlí se pohybuje od 24 do 35 megajoulů na kilogram. Při spalování 15 kilogramů kamenného uhlí lze očekávat uvolnění energie mezi 360 a 525 megajouly.
Tato energie může být použita pro různé účely, jako je výroba elektřiny, vytápění, výroba páry a mnoho dalších. Kamenné uhlí je spolehlivým a dostupným zdrojem energie, který nadále hraje důležitou roli ve světové energetice.
Vliv složení uhlí na množství energie
Hlavními složkami uhlí jsou uhlík a vodík. Čím vyšší je obsah uhlíku v uhlí, tím více energie uvolní při spalování. Nedostatek nebo nízký obsah síry v uhlí může také zvýšit množství energie, protože síra může snížit účinnost spalování a způsobit znečištění životního prostředí.
Vlhkost v uhlí také ovlivňuje jeho energetickou hodnotu. Čím méně vlhkosti je obsaženo v uhlí, tím více energie bude uvolněno při jeho spalování, protože vlhkost absorbuje část uvolněné energie.
Nečistoty v uhlí, jako je popel a další minerální látky, mohou také snížit energetickou hodnotu uhlí, protože nehoří a při spalování uvolňují málo energie.
Složení uhlí je tedy důležité pro stanovení jeho energetické hodnoty. Čím vyšší je obsah uhlíku a nižší je obsah síry, vlhkosti a nečistot, tím více energie bude uvolněno při spalování uhlí. To je důležité vzít v úvahu při výběru a používání kamenného uhlí jako zdroje energie.