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14.3 热机的效率
第十四章
内能的利用
为什么发射火箭上天要用氢做燃料？用汽油或酒精不好吗？
液态氢气储罐
人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。在现代社会，人类所用的能量很大一部分依然是从燃料的燃烧中获得的。
1）.定义：能够燃烧的物质叫做燃料
1.燃料
知识点一 燃料的热值
固体燃料
液体燃料
气体燃料
2）.燃料的分类
木材、煤、秸秆等
汽油、柴油、酒精等
煤气、天然气、氢气等
（按状态）
3).燃料燃烧时能量的转化：
根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同？要找出事实来支持你的观点，并进行分析。
在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。
答：相同质量的不同燃料,燃烧时放出的热量一般是不同的。在家中烧水时,烧开同样一壶水需要木柴的质量很多,而用煤气的质量却很少,这个现象说明燃烧放出相同的热量时所用木柴的质量比所用煤气的质量大,从另一方面也说明相同质量的木柴和煤气燃烧时放出的热量是不同的。
（1）定义：
某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量（气体为体积）之比，叫做这种燃料的热值。用符号q表示。
（2）物理意义：
（3）定义式：
固体和液体：
气体：
（4）单位：
气体燃料：焦每立方米；符号：J/m3
1 kg（气体为1m ）某种燃料完全燃烧放出的热量。
固液燃料：焦每千克； 符号：J/kg
2.燃料的热值
（5）理解：
①“完全燃烧”
燃料燃烧时最多能放出的热量→燃料完全燃烧时放出的热量
1kg或1m3的某种燃料，只有在完全燃烧的情况下，放出的热量才等干按热值计算出的热量。
②热值是燃料的一种特性
它反映了燃料燃烧放出热量的本领。热值越大，这种燃料的放热本领越强。
燃料的热值与燃料的质量、体积无关，它取决于燃料的种类。
燃料的热值
请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。
燃料的热值
固体和液体：
气体：
Q放—完全燃烧发出的热量—单位：焦耳（J）
m—燃料的质量—单位：千克（kg）
q——燃料的热值——单位：焦耳每千克（J/kg）
V—燃料的体积—单位：立方米（m3）
燃料燃烧的简单计算
关于燃料的热值，下列说法正确的是(　　)
A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B．容易燃烧的燃料，热值一定大
C．煤的热值比干木柴的大，煤燃烧放出的热量比干木燃烧放出的热量多
D．0.5 kg煤油和1.5 kg煤油的热值一样大
D
大山将质量为20 kg的水从25 ℃加热到75 ℃,求：
[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值为3.5×107 J/m3]
(1)这些水吸收的热量是多少。
(2)若这些热量由完全燃烧天然气获得,则需要燃烧多少立方米天然气。(不计热量损失)
解：（1）水吸收的热量：
=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃) ×20kg×(75 ℃-25 ℃)=4.2×106 J。
（2）若这些热量由完全燃烧天然气获得，则= 4.2×106 J，由燃料燃烧释放热量的公式qV 变形得，需要天然气的体积：
燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且有效利用的热量又比放出的热量要小。例如用煤烧水：
被水吸收的热量
高温的烟气带走了相当一部分热量，还有一部分热量直接散失掉了。
燃料很难完全燃烧
知识点二 热机的效率
1.燃料的利用率
1)定义 ：
有效利用的热量与燃料完全燃烧释放的总热量之比叫做燃料的利用率。
2)公式：
η=
Q有效
Q放
Х100%
②减少热量散失，如加大受热面积，炉具使用保温材料等。
3)提高燃料利用率的途径：
①尽可能使燃料充分燃烧，例如把煤磨成煤粉或煤粒，把空气吹进炉膛等。
燃气热水器的优点是加热快、热效率高。某品牌燃气热水器采用天然气做燃料，当只有该热水器工作时，把50kg的水从20℃加热到60℃，消耗天然气0.2m3，已知水的比热容4.2×103J/（kg ℃）。天然气的热值为7.0×107J/m3，试求：
（1）此过程中，水吸收的热量是多少？
（2）该热水器本次加热的效率是多少？
解：（1）此过程中水吸收的热量为
（2）天然气完全燃烧放出的热量为
该热水器的加热效率为
答：（1）此过程中，水吸收的热量为8.4×106J；
（2）该热水器本次加热的效率是60%。
（1）定义：
用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
（2）公式：
2.热机的效率
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为 20%~30%
柴油机的效率为30%~45%
常见热机的效率
①设法利用废气的能量
热电站既供电又供热，比起一般的火电站，燃料的利用率大大提高。
供电
供热
蒸汽轮机
大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。
热电站
（3）提高热机效率的方法
②减少机械摩擦，保证良好的润滑，减少因克服机械摩擦阻力而额外消耗的能量，同时延长了热机的使用寿命。
③尽量使燃料充分燃烧。例如把煤磨成煤粉或煤粒，加大与氧气的接触面积。
关于热机效率。下列说法中正确的是（ ）
A、热机的效率越高，即热机做的有用功越多
B、热机的效率越高，即热机的功率越大
C、要提高热机的效率，就要尽量减少各种能量损失，并且要保证良好的润滑
D、只要换热值大的燃料就可以提高热机的效率。
C
（2024 日照）有一种小型单缸四冲程汽油机，每个工作循环做功500J，曲轴的转速是300r/min，每分钟消耗汽油5g。则该内燃机的功率是 　　W，机械效率是 　　 。
1250
32.6%
定义：
某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比
定义式：
固液：
气体：
单位：
气体：J/m3
物理意义：
1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
固液：J/kg
热
值
定义：
用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比
公式：
提高
热机效率
的途径
热
机
效
率
①使燃料充分燃烧。
②尽量减少各种热量损失。
③注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动零件之间的间隙，减少因克服摩擦而额外消耗的能量。
热
机
的
效
率
1.下列关于热值的说法中正确的是 (　　)
A.燃料燃烧越充分,热值越大
B.2 kg的煤完全燃烧比1 kg的煤完全燃烧时的热值大
C.1 kg煤燃烧放出3×105 J的热量,则煤的热值为3×105 J/kg
D.热值是燃料的一种特性,与燃料的质量无关,不同的燃料热值一般不同
D
2. 为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中能提高热机效率的是 (　　)
A.使燃料燃烧不充分
B.增大热机部件间的摩擦
C.尽量减少废气带走的热量
D.尽量增加热机的工作时间
C
3. 某种燃料　　　　燃烧时放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。汽油的热值是4.6×107 J/kg，它的物理意义是　　　　汽油完全燃烧，放出的热量是　　　　　。若完全燃烧2 kg的汽油,可以放出　　　　 J的热量。
完全　
1 kg
4.6×107 J
9.2×107
4. 如图所示是内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为　　　。已知汽油的热值是4.6×107 J/kg，完全燃烧0.5 kg的汽油，按该内燃机的工作效率计算，该汽车获得的机械能是　　　　J。

30%
6.9×106
5. （2024 山西）山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360km，驾车前往大约需要4h。（汽油的热值q取4.5×107J/kg，汽油的密度ρ取0.8×103kg/m3）
（1）求汽车的平均速度。
（2）汽车全程消耗汽油25L，求汽油完全燃烧放出的热量Q。
（3）若汽车发动机全程的平均功率为25kW，求汽车发动机的效率。
解：
（1）汽车平均速度为： 。
（2）消耗汽油的质量为：m＝ρV＝25L×0.8×103kg/m3＝20kg；
燃烧释放的热量为：Q＝qm＝4.5×107J/kg×20kg＝9×108J。
（3）汽车发动机做的机械功为：
W＝Pt＝25×103W×4×3600s＝3.6×108J；
发动机的机械效率为：

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