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1、第第2节节 热机的效率热机的效率 jason 2013 蒸汽机车是利用蒸汽机，把燃料（一般用煤）蒸汽机车是利用蒸汽机，把燃料（一般用煤） 的化学能变成热能，再变成机械能，而使机车运的化学能变成热能，再变成机械能，而使机车运 行的一种火车机车，行的一种火车机车，1814年，英国人史蒂芬孙发年，英国人史蒂芬孙发 明第一台蒸汽机车，从此开始，人类加快了进入明第一台蒸汽机车，从此开始，人类加快了进入 到工业时代的脚步，蒸汽机车成为那个时代的文到工业时代的脚步，蒸汽机车成为那个时代的文 化及社会进步的标志，但是它黑烟滚滚不但污染化及社会进步的标志，但是它黑烟滚滚不但污染 环境，效率还很低，已经被淘汰成为
2、了历史，这环境，效率还很低，已经被淘汰成为了历史，这 节课就研究热机效率的问题。节课就研究热机效率的问题。 一、回顾：一、回顾： 请同学们回顾前面学习的知识，回答下列问题： 1、什么是机械效率_；公式：_。 2、机械效率为什么永远小于1？_。 3、燃料的燃烧是_能转化为_能。 4、热机是_的装置。 5、汽油机工作时，燃料在汽缸内部燃烧，产生的内能全部转 化成机械能了吗？为什么？ 有用功跟总功的比值 W W h= 有 总 由于额外功的存在 化学 内 通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能 没有。因为： 废气带走很大一部分能量：排气冲程废气的温度较高，内能 较大。 一部分能量消耗在散热上：冷却水带走能
3、量。 克服摩擦做功：活塞和曲轴在运动时克服摩擦做功。 燃料的热值燃料的热值 定义：在物理学中，我们把某种燃料完全燃烧放出的定义：在物理学中，我们把某种燃料完全燃烧放出的 热量与其质量之比叫做这种燃料的热值。符号：热量与其质量之比叫做这种燃料的热值。符号：q q 1kg(m1kg(m3 3) )某种燃料某种燃料完全燃烧完全燃烧放出的热量。放出的热量。 单位：焦每千克，单位：焦每千克，J/kgJ/kg 热值是燃料的一种热值是燃料的一种特性特性，其大小只与，其大小只与燃料的种类燃料的种类有有 关，与燃料的质量（体积）、是否完全燃烧无关。关，与燃料的质量（体积）、是否完全燃烧无关。 热值是反映燃料燃烧
4、时化学能转化为内能大小的物理量热值是反映燃料燃烧时化学能转化为内能大小的物理量 观察热值表，你有什么收获？观察热值表，你有什么收获？ 煤油煤油 4.6107木炭木炭 3.4107 汽油汽油 4.6107无烟煤无烟煤 3.4107 氢气氢气 14.3107石油石油 4.4107焦炭焦炭 3.0107 天然气天然气 （7.18.8)107柴油柴油 4.3107烟煤烟煤 2.9107 煤气煤气 3.9107酒精酒精 3.0107干木柴干木柴 1.2107 气体气体液体液体固体固体 常用燃料的热值（单位：常用燃料的热值（单位：J/kgJ/kg） 热值的物理意义： 气体 q J/m3 1.8 107 3
5、.3-4.5 107 1.4 108 热量计算公式热量计算公式 固体或者液体燃料：固体或者液体燃料：Q放放=mq 气体燃料：气体燃料：Q放放=Vq 练习练习 关于燃料的热值正确的是（关于燃料的热值正确的是（ ） A A燃料的热值与燃料的燃烧程度有关燃料的热值与燃料的燃烧程度有关 B B燃料的热值与燃料的种类有关燃料的热值与燃料的种类有关 C C燃料的热值与燃料的多少有关燃料的热值与燃料的多少有关 D D燃料的热值与上面三个因素都有关燃料的热值与上面三个因素都有关 解析：解析：选选B B。热值是燃料的一种特性，它的大小只与燃。热值是燃料的一种特性，它的大小只与燃 料的种类有关，与燃料的燃烧程度、
6、质量没有关系。料的种类有关，与燃料的燃烧程度、质量没有关系。 下面说法不正确的是（下面说法不正确的是（ ） A A燃料燃烧时，将化学能转化为内能燃料燃烧时，将化学能转化为内能 B B人类使用的能量绝大部分是从燃料的燃烧中获得的人类使用的能量绝大部分是从燃料的燃烧中获得的 C Cl kgl kg的某种燃料燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值的某种燃料燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值 D D提高燃料的利用率是节约能源的重要措施提高燃料的利用率是节约能源的重要措施 解析：解析：选选C C。lkglkg的某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这的某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这 种燃料的热值，必须加上种燃
7、料的热值，必须加上“完全完全”两个字，故两个字，故C C错。错。 冬天的暖气用水做传输能量的物质是因为水的冬天的暖气用水做传输能量的物质是因为水的 大；大； 改用煤气做燃料给水加热是因为煤气的改用煤气做燃料给水加热是因为煤气的 高，且污染小高，且污染小 例题：例题： （20092009十堰月考）十堰市在未来几年将用上天然气，十堰月考）十堰市在未来几年将用上天然气， 若某个家庭预计每月使用天然气若某个家庭预计每月使用天然气4m4m3 3，这些天然气完全燃，这些天然气完全燃 烧放出热量是烧放出热量是_J_J，相当于，相当于_kg_kg柴薪完全燃烧柴薪完全燃烧 放出的热量。（天然气的热值约为放出的热
8、量。（天然气的热值约为7.57.510107 7J/mJ/m3 3，柴薪的，柴薪的 热值约为热值约为1 110107 7J/kgJ/kg） 解析：解析：4m4m3 3完全燃烧放出的热量是完全燃烧放出的热量是Q Q放 放= =Vq Vq=4m=4m3 3 7.5 7.5 10107 7J/mJ/m3 3=3=310108 8J J；柴薪的质量；柴薪的质量m=Qm=Q放 放/q=3 /q=310108 8J/1J/1 10107 7J/kg=30kgJ/kg=30kg。 答案：答案：3 310108 8 30 30 讨论交流：讨论交流：热机工作时，能不能将燃料所蕴藏的化学能热机工作时，能不能将燃料
9、所蕴藏的化学能 全部用来对外做有用功呢？全部用来对外做有用功呢？ 由于机械传动由于机械传动 等，克服摩擦等，克服摩擦 所消耗的能量所消耗的能量 燃料很难全部燃烧，燃料很难全部燃烧， 燃料的化学能不能燃料的化学能不能 全部释放全部释放 机械传热机械传热 损失一部损失一部 分能量分能量 热机真热机真 正转变为正转变为 对外做功对外做功 的部分的部分 废气排出带走的能废气排出带走的能 量量 热机热机 中燃中燃 料释料释 放能放能 量的量的 主要主要 走向走向 示意示意 图图 热机效率热机效率 由图可知，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃由图可知，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃 烧时所
10、释放能量的一部分。烧时所释放能量的一部分。 热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧释放的能量热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧释放的能量 的比值称为热机效率，即：的比值称为热机效率，即： W有 有 Q放 放 100%100% = = 热量的计算热量的计算 各种热机的效率：各种热机的效率： 蒸汽机：蒸汽机：6%-15% 汽油机：汽油机：20%-30% 柴油机：柴油机：30%-45% 飞机上的喷气发动机：飞机上的喷气发动机：50%-60% 怎样提高热机的效率？怎样提高热机的效率？ 使燃料充分燃烧使燃料充分燃烧; ; 尽量减少各种热量损失；尽量减少各种热量损失； 在热机的设计和制造上采用先进的技术；
11、在热机的设计和制造上采用先进的技术； 注意保养，保证良好的润滑，减少因克服注意保养，保证良好的润滑，减少因克服 摩擦阻力而额外消耗的能量。摩擦阻力而额外消耗的能量。 议一议 想一想想一想 热机的效率能达到100%吗？为什么？ 不能达到不能达到100%，因为热机中可用于做有，因为热机中可用于做有 用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的 一部分，因为各种热量损失以燃料条件的限制，一部分，因为各种热量损失以燃料条件的限制， 这部分能量远远小于总能量，所以其与燃料完这部分能量远远小于总能量，所以其与燃料完 全燃烧所放出的总能量的比值必然小于全燃烧所放出的总能量
12、的比值必然小于1，即，即 热机效率小于热机效率小于100%。 环境保护环境保护 热机为人类的发展做出丑了重大贡献，但热机为人类的发展做出丑了重大贡献，但 也带来了许多环境污染问题：也带来了许多环境污染问题： 1.改进燃烧设备，加装消烟除尘装置改进燃烧设备，加装消烟除尘装置; 2.集中供热；集中供热； 3.改用气体燃料，普及煤气和天然气；改用气体燃料，普及煤气和天然气； 4.充分开发利用污染少和无污染的新能源充分开发利用污染少和无污染的新能源。 如何保护我们的环境？如何保护我们的环境？ 下列提高热机效率的方法中，不可行的是（下列提高热机效率的方法中，不可行的是（ ） A A减少各种热损失减少各种热损失 B B加润滑油减少机器各部件之间的摩擦加润滑油减少机器各部件之间的摩擦 C C充分利用废气的能量，如建热电站充分利用废气的能量，如建热电站 D D采取少消耗总能量的办法采取少消耗总能量的办法 解析：解析：选选D D。提高热机效率的方法是减少各种能量损失，。提高热机效率的方法是减少各种能量损失， 充分利用燃料放出的能量，减小摩擦，尽量少做额外充分利用燃料放出的能量，减小摩擦，尽量少做额外 功等。功等
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