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第2节热机的效率
第十四章 内能
适用人教版（2012）
学
习
目
标
1.知道热值的概念和单位,会查热值表。
2.能简单计算燃料完全燃烧所释放的热量。
3.能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向,知道什么是热机的效率,了解提高热机效率的方法。
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。
燃料的热值
1）.定义：能够燃烧的物质叫做燃料
1.燃料
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）
1.燃料
燃料的热值
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。
1.燃料
在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。
燃料的热值
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.燃料
燃料的热值
由于燃料的成分不同,相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量不同在物理学中用热值来表示燃料完全燃烧时放热本领的大小。
2.燃料的热值
1）定义：
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。用字母q表示。
其含义是烧完。如果没有完全燃烧，其放出的热量会少一些，但热值不变。
不是所有的物质都有热值，热值是燃料的固有属性，如石头、钢铁等非燃料物质就没有热值。
热值是燃料本身的一种性质，只与燃料的种类有关。与燃料的质量、体积以及燃烧情况钧无关。
燃料的热值
2.燃料的热值
2）公式：
q=
Q放
m
燃料完全燃烧时所放出的热量，单位J（焦耳）
燃料的热值
燃料的质量，单位：kg（千克）
注意：不要误以为q与Q放成正比。与m成反比
3）单位：
焦每千克，符号：J/kg
适用于固体燃料与液体燃料
5）气体燃料的热值：气体燃料完全燃烧放出的热量与其体积（V）之比，叫做这种气体燃料的热值。
燃料的热值
2.燃料的热值
4）物理意义:
热值在数值上等于1 kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。
如酒精的热值为3.0×107 J/kg，它的物理意义是：
q=
Q放
V
公式：
单位：J/m3
答：表示1kg的酒精完全燃烧时所放出的热量是3.0×107J
燃料的热值
2.燃料的热值
例题1
1．下列关于热值说法正确的是（　　）
A．燃料燃烧越充分热值越大
B．2kg的煤完全燃烧比1kg的煤完全燃烧热值大
C．1kg煤燃烧放出3×107J的热量，则煤的热值为3×107J/kg
D．热值是燃料的一种特性与燃料的质量无关，不同的物质热值一般不同
D
例题1
解析：
AB．燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度、质量都无关，故AB错误；
C．由于不确定燃料是否完全燃烧，故C错误；
D．热值是燃料的一种特性与燃料的质量无关，不同的物质热值一般不同，故D正确。
故选D。
例题2
2.在给烧杯中的水加热的过程中，质量为100g的水温度升高了50℃，需要吸收 J的热量，相当于完全燃烧 g酒精放出的热量，燃烧酒精给水加热的过程中， 能转化为内能。
【c水=4.2×103J/kg·°C，q酒精=3.0×107J/kg】
2.1×104
0.7
化学
例题2
解析：
[1]水吸收的热量
Q吸=c水m?t=4.2×103J/(kg?℃)×0.1kg×50℃=2.1×104J
[2]完全燃烧酒精的质量
????酒精=????放????酒精=????吸????酒精=2.1×104J3.0×107J/kg=7×10?4kg=0.7g
[3]燃烧酒精时，酒精的化学能转化为水的内能，水吸收热量，温度升高。
?
热机的效率
1.燃料的利用率
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
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。
例题3
3．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？
例题3
解：（1）此过程中水吸收的热量为
????吸＝????水????水Δ????＝4.2×103J/kg?℃×50kg×60℃?20℃＝8.4×106J
（2）天然气完全燃烧放出的热量为
????放＝????????＝7.0×107J/m3×0.2m3＝1.4×107J
该热水器的加热效率为
????=????吸????放×100%=8.4×106J1.4×107J×100%=60%
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%。
?
热机的效率
2.热机的效率
各类能量损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量是提高燃料利用率的重要措施
燃料蕴藏的化学能
不可能完全燃烧损失能量
散热损失的能量
废气带走很大一部分能量
对外做的有用功
克服摩擦损失一部分能量
热机的效率
2.热机的效率
1)内燃机中燃料燃烧的能量流向示意图
主要指推动物体运动的机械功
热机的效率
2.热机的效率
用来做有用功的那一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。
①定义：
2)热机的效率
②公式：
η=
W有用
Q放
Х100%
热机的效率是热机性能的重要指标。
③物理意义：
④提高热机效率的途径
使燃料尽可能充分燃烧.
在设计和制造热机时,要不断改进和创新,减少各种能量损失.
使用时注意保养,使机器保持良好的润滑,减小因克服摩擦阳力而额外消耗的能量.
设法利用废气的能量
热机的效率
2.热机的效率
⑤常见热机的效率：
蒸汽机的效率很低，只6%~15%。
内燃机中，燃料是在汽缸内部燃烧的，而且燃料与空气混合充分，燃烧得比较完全，所以内燃机的效率比蒸汽机的高。
汽油机的效率为20%~30%，
柴油机的效率为30%~45%。
热机的效率
2.热机的效率
热机的效率
3.废气能量的利用
在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。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。这种既供电又供热的热电站，比起一般的火电站来，燃料的利用率大大提高。
4.为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施中不能提高效率的是（　　）
A．尽量使燃料充分燃烧
B．尽量减少废气带走的热量
C．尽量增加热机的工作时间
D．尽量减少热机部件间的摩擦
例题4
C
解析：
A．尽量使热机中的燃料充分燃烧，有用能量与燃料完全燃烧放出总能量的比值越大，可以提高热机效率，故A不符合题意；
B．减少废气带走的热量，即热机的效率升高，故B不符合题意；
C．热机的效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。增加热机的工作时间，不能提高热机的效率，故C符合题意；
D．经常对热机进行保养，减少克服摩擦消耗的内能，可以提高热机的效率，故D不符合题意。
故选C。
例题4
课堂小结
14.2
热机的效率
燃料的热值
定义
燃料的利用率
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
公式
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。用字母q表示。
定义
公式
提高燃料利用率的途径
①尽可能使燃料充分燃烧
②减少热量散失
用来做有用功的那一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
定义
公式
热机的效率
提高热机效率的途径

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