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热机与社会发展
学习目标
1. 知道热机工作过程中的能量转化过程。
2.了解内燃机工作的四个冲程。
3. 知道热机与环境的关系，知道提高热机效率的途径。
导入新课
热机推动人类进步
热机 是人类历史上最伟大的发明之一。热机的种类很多有蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。这些热机的共同特点，是将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能。
燃料的化学能
内 能
机械能
燃 烧
做 功
汽油机
汽油机是用汽油作燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机。
它常用在汽车、飞机、摩托车和小型农业机械上。
活动
汽油机的主要构造如图12－16所示，请对照模型与实物图，弄清汽油机主要部件的作用和工作原理.
研究汽油机的工作原理
图12－16 单缸和四缸汽油机的构造
部件名称 作用
气缸 汽油在气缸的顶部燃烧从而产生高温、高压燃气
活塞 在气缸内，高温、高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能
连杆和曲轴 连杆跟活塞相连，曲轴通过传动装置(图中未画出)跟工作机相连，将活塞的动力传给工作机
部件名称 作用
进气门 汽油和空气形成的燃料混合气的进口
排气门 燃料燃烧后废气的出口
火花塞 点火装置，能产生电火花使燃料混合物猛烈燃烧
汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个冲程(也叫做“行程”)。常见的汽油机要能正常工作，必须连续完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且不断循环进行，如图12－17所示。
① 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，将汽油和空气的混合气吸入气缸.
② 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞由下向上运动，压缩混合气，使混合气的温度升高
③做功冲程：在压缩冲程末，火花塞产生火花，混合气猛烈燃烧，形成高温、高压气体推动活塞向下，对外做功
④ 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出。
图12－17 汽油机工作的四个冲程
在四个冲程中，只有做功冲程是将内能转化为机械能，其他三个冲程均为辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成动作。
汽油机的构造
火花塞
气缸
进气门
活塞
连杆
排气门
曲轴
汽油机四冲程的特点
冲程名称 进气门 排气门 活塞运动方向 作用 能量的转化
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
开
关
向下
吸入汽
油和空气
无
关
关
向上
压缩气体
提高温度
关
关
向下
高温气体膨胀推动活塞做功
关
开
向上
排出废气
无
机械能转
化为内能
内能转化
为机械能
一个工作循环里，活塞往返_______次，曲轴转动________周。_________冲程是燃气对外做功，其他三个冲程是靠_____________来完成。
两
做功
两
飞轮的惯性
　 柴油机结构和汽油机相似，它们的主要区别是：柴油机通过压缩空气直接点燃柴油。柴油机的汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。
喷油嘴
认知与了解
吸入物质也只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。
喷油嘴
请思考汽油机的运转过程中，燃料放出的能量是否全部用来对外作功了？
燃气内能E
有用机械能
废气损失
散热损失
机械损失
E1
E2
E3
E4
1. 尽可能使燃料充分燃烧；
2. 尽量减小各种热量损失；
3. 机件间保持良好的润滑以减小摩擦。
提高热机效率的主要途径：
热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
热机的效率η ＝×100%
蒸汽机的效率很低，只有6% ~15%。内燃机的效率较高，如汽油机的效率为20%~30%，柴油机的效率可达45%。
提高热机的效率，是人类在制造热机技术方面孜孜不倦的追求。
信息浏览
柴油机是以柴油为燃料的内燃机。柴油机的气缸顶部没有火花塞，而是装有喷油嘴，在高温、高压下使柴油混合气被压燃，推动活塞做功(图12－18)。
柴油比汽油便宜，柴油机在效率上也比汽油机高，但它比汽油机笨重，成本也较高，工作时噪声也较大。由于上述特点，以前柴油机主要用于载重汽车、火车、轮船、拖拉机等大型机械。
由于上述特点，以前柴油机主要用于载重汽车、火车、轮船、拖拉机等大型机械。
随着近年来柴油机技术的进步，特别是小型高速柴油机的发展，新的技术使传统柴油机存在的缺点得到了很好的解决，它在节能和二氧化碳排放方面也优势明显，目前已经成为一些家用轿车的动力装置。
热机与环境
现代热机的出现，极大地改进了人类的工作方式和生活条件。但是，所有热机工作时都要排放废气。热机排出的废气不仅温度高于环境温度，而且还含有一氧化碳、二氧化氮、二氧化碳、微粒等各种对人体有害的物质，对环境造成污染，影响人们的身体健康和动植物的生存。
图12－19所示的是不达标的汽车尾气排放以及某城市空气被严重污染的情况。
(a) 不达标的汽车尾气排放
(b) 城市空气被严重污染
减少热机排放出的有害物质，控制废气的排放总量，已成为热机发展与环境保护的重要举措。例如，各国不断出台严格的汽车尾气排放标准，促使汽车生产厂家改进产品以减少汽车尾气排放的有害物质及降低排放量；不断提高汽油、柴油的品质，从源头上减少热机有害物质的排放。
随着科学技术的发展越来越多的新技术、新材料、新工艺不断涌现，如电控燃油喷射、共轨、涡轮增压等技术的应用，混合动力汽车、电动汽车、太阳能汽车等新型汽车的研发等，都有利于节能减排和环境保护，从而更好地促进生产及提高人们的生活质量。
1. 热机的利用带来的环境污染
(1) 排出的废气温度较高。
(2) 废气中含有各种有害的气体和粉尘。
(3) 热机工作时噪声污染严重。
2. 怎样控制热机对环境造成的污染
(1) 改进燃烧设备(EFI系统)；
(2)充分利用污染少的能源(无铅汽油)
(3)在排气管上安装消声器，以减少噪声污染
S T S
1765－1768年，瓦特发明了一种新型蒸汽机，引发了人类历史上第一次产业革命。纺织机械、蒸汽机车等相继诞生，从此，人类开始大规模地利用化石燃料——煤。
随着汽油机(1883年)和柴油机(1892年)的问世，交通运输业得到迅速发展，从此，石油成为世界能源家庭中的重要成员。
1903年，美国的莱特两兄弟(w.Wright，1867－1912，O.Wright，1871－1948)制成了世界上第一架以汽油机为动力的飞机——“飞行者”号，从此掀开了人类航空史上新的一页。
如今，人们已采用涡轮喷气发动机，作为可载客几百人的大型喷气客机的动力。
图12 － 20 我国的长征系列火箭
20世纪下半叶，人类开始实现漫游太空的理想。各种先进的运载火箭应运而生。我国自行研制的长征系列火箭成功地发射了一颗又一颗人造卫星。进入21世纪，中国已成功地发射了载人字宙飞船，并发射了月球探测卫星，这标志着我国的航天事业实现了历史性的跨越。
本课小结
1.热机
种类：蒸汽机、内燃机、喷气发动机、
火箭发动机
共同点：将燃料燃烧时的_____能转化为 能，
通过做功把____能转化为______能。
化学
机械
内
内
2. 汽油机
以汽油为燃料的热机
工作时完成的四个冲程
一个工作循环完成_______冲程，其中只有________冲程对外做功，其他三个冲程为辅助冲程，靠______________来完成
四个
做功
飞轮的惯性

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