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第五节 调查燃料的利用及其
对环境的影响
第十章 机械能、内能及其转化
第五节 调查燃料的利用及其对环境的影响
为什么火箭起飞时多选用液态氢作为燃料而不选干木柴呢？
不同种类的燃料之间有什么差异
观察与思考
了解燃料热值的定义，知道热值的单位，会描述热值的物理意义。
02
知道燃料燃烧过程中能量的转化。
01
03
知道热机的效率及定义，并能提出提高热机效率的方法与措施。
学习目标
燃料的种类
木柴 煤
煤油 汽油
天然气 氢气
按燃料的状态可以分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料
加热一壶同样质量的水消耗的木柴与煤的质量相同吗？
1.经验告诉我们，加热一壶同样质量的水消耗的煤的质量更低，这是为什么呢？
思考
2.应该怎样比较不同燃料放出热量的本领强弱呢？
由于燃料的成分不同，不同燃料放出热量的本领是不同的。
相同质量的燃料燃烧，比较放出的热量多少
放出相同的热量，比较消耗的燃料质量
定义 一定质量的某种燃料完全燃烧，化学能转化为内能的量(放出的热量)与其质量的比叫作这种燃料的热值
物理意义 热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量
国际单位 焦每千克，符号是J/kg
定义式
燃料的热值
Q
m
q＝　　　　　　　　　　
固、液燃料燃烧放热的计算
Q＝mq
燃料完全燃烧放出热量
（单位：J）
燃料的质量
（单位：kg）
燃料的热值
（单位：J/kg）
计算：1.5kg煤油完全燃烧放出多少热量（煤油热值查表）？
Q＝mq＝1.5kg×4.6×107J/kg＝6.9×107J
气体燃料燃烧放热的计算
Q＝Vq
燃料完全燃烧放出热量
（单位：J）
燃料的体积
（单位：m3）
燃料的热值
（单位：J/m3）
计算：0.5m3煤气完全燃烧放出多少热量（煤气热值查表）？
Q＝Vq＝0.5m3×1.5×107J/m3＝7.5×106J
请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。
一些燃料的热值
氢 1.4×108J/kg 无烟煤 约3.4×107J/kg
煤 油 约4.6×107J/kg 焦 炭 约2.9×107J/kg
汽 油 约4.6×107J/kg 酒 精 3.0×107J/kg
柴 油 约4.3×107J/kg 烟 煤 约2.9×107J/kg
木 炭 约3.4×107J/kg 干木柴 约1.3×107J/kg
热值是燃料的一种性质，不同燃料的热值一般不同，同种燃料的热值一般相同。
那么，为什么发射火箭上天要用液态氢做燃料呢？
自带燃料和氧化剂的火箭
长征五号运载火箭（简称“胖五”）是捆绑四个助推器的两级半构型火箭，其芯级直径为5米，采用液氢液氧发动机
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？
若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？
氢的热值是1.4×108 J/kg
干木柴的热值1.3×107 J/kg
Q = qm =1.4×108 J/kg× 10×103 kg =1.4×1012 J
约108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。
Q
q
＝
m＝　　　　　　　　　　
1.4×1012J
1.3×107J/kg
≈1.08×105kg＝108t
4kg某种燃料完全燃烧时放出的热量是1.84×108J，则它的热值为
　 　；若这种燃料只燃烧一半，则剩余部分燃料的热值为　 　。
练一练
4.6×107J/kg
4.6×107J/kg
用煤气烧水时，煤气燃烧释放的热量能否被水完全吸收？有哪些能量损失？
定义：热机用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧释放的能量之比，叫作热机的效率。
表达式： ×100%，Q有用表示用来做有用功的能量，Q总表示燃料完全燃烧放出的热量。
Q有用
Q总
η＝　　 　　　　　　　　
热机的效率
如何用图中字母表示热机的效率？
旧锅炉厂房
新锅炉厂房
锅炉是利用燃料或其他能源把水加热成为热水或蒸汽的设备。
锅炉
1.锅炉的效率
(1)锅炉有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作锅炉的效率。表达式为 η= ×100% , 其中η表示锅炉的效率，Q有效表示有效利用的热量，Q总表示燃料完全燃烧放出的总热量。
(2)现代化大型锅炉的效率可达90%以上，而普通锅炉的效率一般只有60%左右。
Q有效
Q总
2.影响燃料有效利用的因素
（1）燃料很难完全燃烧；
（2）燃料燃烧放出的热量散失很多，只有一部分被有效利用。
3.提高燃料利用率的方法
(1)将煤转化为煤气再进行燃烧利用；
(2)通过技术改造改变它们的燃烧品种和燃烧方式；
(3)减少烟气带走的热量、选用隔热材料、减少对外界散热等。
练一练
在一次某新型号汽车的测试中，让汽车在一段平直的公路上匀速行驶4.8km，受到的阻力是3.0×103N，消耗汽油1.2kg（假设汽油完全燃烧）。汽油的热值为q=4.6×107J/kg，求：
（1）在测试过程中，汽车牵引力所做的功W；
解：
因为汽车做匀速直线运动，
所以F=f=3.0×103N
W=Fs=3.0×103N×4.8×103m=1.44×107J
在一次某新型号汽车的测试中，让汽车在一段平直的公路上匀速行驶4.8km，受到的阻力是3.0×103N，消耗汽油1.2kg（假设汽油完全燃烧）。汽油的热值为q=4.6×107J/kg，求：
（2）该型号汽车的热机效率η；
Q放=qm=4.6×107J/kg×1.2kg=5.52×107J
W
Q放
＝
η＝　　　　　　　　　　
1.44×107J
5.52×107J
≈
26%
煤、汽油、柴油等燃料
二氧化硫氮氧化物
溶于水
化学变化
酸雨
燃烧
有杂质
燃烧不充分
烟尘、废气
大气污染
燃料的利用对环境的影响
1.对人体健康的直接危害：硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多，可以侵入肺的深部组织，引起肺水肿等疾病而使人致死。
2.引起河流、湖泊的水体酸化，严重影响水生动植物的生长。
酸雨的危害
3.破坏土壤、植被、森林。
4.腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料。
5.渗入地下,使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍。
节约能源 ，保护我们的环境
1.改进燃烧设备，加装消烟除尘装置;
2.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。
课堂小结
调查燃料的利用及其对环境的影响
热值
燃料的有效利用
单位
定义
提高效率的方法
锅炉的效率
热机的效率
燃料的利用对环境的影响
C
1.对于燃料的热值，下列说法中，正确的是 (　　 )
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
随堂训练
2. （多选）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，有利于环保减排
C D
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%

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