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第十三章 内能与热机
13.4 热机效率和环境保护
无论是烧菜做饭，还是奔驰的汽车与火车，乃至直入苍穹的火箭等都离不开燃料。即从原始人类学会用火的那天起，至今，人们使用的能量绝大部分还是通过燃料燃烧获得的。那么燃料燃烧释放的能量究竟有多少用来做了有用功？以及燃料的燃烧对环境会造成那些影响呢？
情景引入：观察、思考

液氢，偏二甲肼
情景引入：观察
常见的燃料
燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程。
常见的燃料有煤、石油(加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等)、天燃气等，农村还用草木等植物的秸杆作燃料。
燃料可分为三种：固体燃料、气体燃料、液体燃料。
一、燃料
想想议议
问题1 同样烧开一壶水，使用不同的燃料，如用煤和干木柴，所消耗的燃料的质量是一样多吗？
问题2 相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量一样多吗？
二、燃料的热值
不同燃料的放热本领相同吗？怎么
比较它们谁的放热本领强呢？
【实验设计】选取相同质量的不同燃料，点燃后，对相同质量的水进行加热，比较两杯水温度的升高多少，来确定燃料的放热本领。
实验方法
控制变量法和转换法
大量的实验事实证明，燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。 我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领(教材上是能力)。
某种燃料完全燃烧放出的热量与该燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。
国际单位：焦每千克；符号：J/kg
1．燃料的热值（q）
热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
（1）定义
（2）物理意义
（3）单位
定义式：
比值定义法
燃料的热值的定义
q: 燃料的热值
Q：燃料完全燃烧放出的热量
m: 燃料的质量
对某些气体燃料完全燃烧放出的热量与其体积之比，叫做这种气体燃料的热值。
物理意义：热值在数值上等于在标准状态下1 m3的燃料完全燃烧放出的热量。
定义式：
气体燃料的单位：焦每立方米；符号：J/m3。
（4）气体燃料的热值
2．了解燃料的热值表
请找出你熟悉的燃料的热值，并说说其物理意义。
理解：热值是燃料本身的一种特性.
二、燃料的热值
为什么发射火箭上天要用氢做燃料？
因为氢的热值大，相同质量的不同燃烧中，氢释放的热量最多，故利用氢做燃料。
3．有关燃料燃烧放热的计算
定义式
Q=qm
Q=qV
热量计算公式
例题 根据热值表，计算一下10吨氢完全燃烧放出多少焦耳的热量？再算算，若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？
解：（1）氢完全燃烧放出热量
Q = q1m1=1.4×108 J/kg× 10×103 kg
=1.4×1012 J
（2）需要干木柴
约120吨干木柴完全燃烧放出的热量等于10吨氢完全燃烧放出的热量。
燃料的热值有关计算
1、部分燃料未完全燃烧
2、克服摩擦消耗能量
转化为对外做有用功的能量
4、机械传热损失能量
3、废气排出带走能量
热机中燃料释放能量的主要走向示意图
三、热机效率
　　在热机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
教材引入
（1）热机的效率是热机性能的重要指标（看下页图片）
2．提高热机效率，节约能源，减少污染
（2）提高效率的途径
　①提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；②改进热机，减少各种能量损失；③充分利用废气的能量；④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。
定义式
1．定义 对外做的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。
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为 20%~30%
喷气式飞机上的发动机的效率能达到50%~60%
常见的一些热机效率值
柴油机的效率为30%~45%
热机效率是热机性能好坏的物理量。
热机效率与功率无关。
热机为人类的 发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题。
四、环境保护
燃料燃烧对环境的影响
日益严重的环境问题
大气污染
水污染
地球只有一个，请保护环境！
环境保护措施:
1、改进燃烧设备，加装消烟除尘装置。
2、城市集中供热。
3、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。
1.对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是 (　　 )
A.燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B.燃料没燃烧时就没有热值
C.就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料 的质量及燃料燃烧放出的热量无关
D.容易燃烧的燃料热值一定大
C
课堂练习
2. 关于热机效率，下列说法正确的是 (　　 )
A.热机效率越高，即热机做的有用功多
B.热机效率越高，即热机的功率越大
C.要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且要保
证良好的润滑
D.提高热机效率，并不能环保减排
C
3．一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25％，废气带走的能量占30％，摩擦等机械损耗占10％，则内燃机的热机效率为__________。
35%
4．已知干木柴的热值是1.2×107 J/kg，完全燃烧0.7 kg干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20 ℃升高到70 ℃？已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。
　　Q = 1.2×107 J/kg×0.7 kg = 8.4×106 J
　　m =
Q
c(t -t0)
8.4×106 J
4.2×103 J/(kg·℃)×(70 ℃-20 ℃)
　　 =
　　 = 40 kg
解：天然气完全燃烧放出的热量：
Q放=q气V=4.4×107J/m3 ×4m3 =1.76×108J；
放出这些热量所需柴薪质量：
5.某个家庭预计每月使用天然气4m3，这些天然气完全燃烧放出多少热量，相当于多少kg柴薪完全燃烧放出的热量？（q气=4.4×107J/m3，q柴=1.2×107J/kg）
????柴=????放????柴=1.76×108J1.2×107J/kg≈14.7kg.
?
6.全球汽车保有量在迅速增长，截至今年，全球处于使用状态的汽车数量已突 破10亿辆。每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机的效率平均值取30%。如果能把内燃 机效率提高1%，全球每年可以节约多少燃油？
解：每辆车每年有效耗油量（用于做有用功的油）：m1=mn=1.8t×30％=0.54t
若热机效率提高1％,每辆车每年的耗油量：m2=m1/n1=0.54/31％≈1.74t
每辆车每年节约的油：m3=m-m2=1.8t-1.74t =0.06t
全球总节约的油：m总=1010×m3=1010×0.06t=6×108.
1、热值：
①概念：

②单位；
③公式：
④计算：
2、热机效率：
①概念：


②提高热机效率的途径：
　 具体措施：①提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；②改进热机，减少各种能量损失；③充分利用废气的能量；④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。
3、保护环境，从我做起。
把1千克某种燃料完全燃烧释放出的能量（热量）叫做这种燃料的热值。用q表示。
J/kg（固体、液体） J/ m3（气体）
Q＝mq（或Q＝Vq）
热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。用η表示。
公式：
η＝Q有/Q总×100％
减少热机各种能量损失
课堂小结

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