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(共22张PPT)
第十四章 内能与热机
跨学科：热机效率和环境保护
第四节
观察与思考
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。从原始人类学会用火的那天起，人们利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？燃料的燃烧对环境又会造成那些影响呢？
学习目标
能利用热值表和相关公式进行计算。（重、难点）
02
知道热值的概念、单位及其物理意义。（重点）
01
了解热机效率并能进行相关计算。（重、难点）
03
知道提高热机效率与环境保护的关联及意义。
04
你知道自己家里一个月的燃料消耗量和费用吗？
一个四口之家使用某种燃料时的月消耗量。柴：约200kg；液化石油气：约30kg；家用煤（蜂窝煤）：约90kg。
一、燃料的热值
观察与思考
煤、石油、天然气在燃烧时都会释放能量，但它们释放能量的能力是否相同呢？
研究可知，不同燃料燃烧释放的热量是不同的。人们把某种
燃料完全燃烧释放出的热量与所用燃料的质量之比叫做这种
燃料的热值。
热值用字母q表示，在国际单位制中，热值的单位是J/kg。
一、燃料的热值
热值的概念、单位
如何计算某种燃料的热值呢？
Q：燃料完全燃烧释放的热量
m：燃料的质量
q：燃料的热值
一、燃料的热值
热值的计算
热值的定义式： 。
Q
m
q ＝
如果是气体燃料，则热值的计算公式是 ，其中体积V的单位是m3，热值q的单位是J/m3。
Q
V
q ＝
已知柴油的热值q柴油=4.3×107J/kg，现有质量m=4kg的柴油。求4kg的柴油完全燃烧释放的热量。
一、燃料的热值
例题
解：由热值的定义式 可知， 4kg的柴油完全燃烧放出的热量Q放=mq=4kg×4.3×107J/kg =1.72×108J，即4kg的柴油完全燃烧释放的热量为1.72×108J。
Q
m
q ＝
观察热值表，你有哪些发现？
一、燃料的热值
热值表
1.哪种燃料的热值最大？它表示的物理意义是什么？
在热值表中，氢的热值最大，为1.4×108J/kg；该热值表示的物理意义是1kg的氢完全燃烧放出的热量是1.4×108J。
2.干木柴的热值是多大？5kg的干木柴用掉一半，剩余木柴
的热值是多少？
干木柴的热值是1.2×107J/kg，5kg的干木柴用掉一半，剩余干木柴的热值仍是1.2×107J/kg。
一、燃料的热值
热值是燃料的一种特性，不同燃料的热值一般不同。
热值的大小只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均无关。
一、燃料的热值
小结
热机工作时，能不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功呢？
热机燃料的能量走向示意图
部分燃料未
完全燃烧
克服摩擦
消耗能量
废气排出
带走能量
机械传热
损失能量
转化为对外做
有用功的能量
二、热机的效率
观察与思考
热机运转中，对外做的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 表示，即
二、热机的效率
热机效率的概念
热机的效率能否达到100％？
不能达到100%，因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分。
怎样提高热机效率？
提高热机的效率主要途径是减少热机各种能量损失。
具体措施为：（1）使燃料尽可能完全燃烧(煤粉、鼓风)；（2）减小机械摩擦（选用优良润滑油）；（3）尽量简化机械传动部分（三角旋转式发动机）。
二、热机的效率
热机效率的理解与提高
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%
二、热机的效率
常见热机的效率
二、热机的效率
[拓展]能量守恒定律与“永动机”
大量的研究表明，自然界的能量是守恒的，科学家们将研究的结果概括为能量守恒定律，即能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能的总量保持不变。从能量守恒定律看，机械并不能创生能量，我们无法制造出既不消耗能量又能对外做功的装置。因此“永动机”是不可能存在的。
热机使用加快了人类文明的进程，但也带来了环境污染问题：
三、环境保护
（1）改进燃烧设备时加装消烟除尘装置；
（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。
保护环境的方法：
三、环境保护
课堂小结
跨学科：热机效率与环境保护
环境保护
热值
热机效率
燃料完全燃烧所释放的热量与所用燃料的质量之比，用q表示，单位是 J/kg或 J/m3
定义式： 或
Q
m
q ＝
Q
V
q ＝
有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值，用η表示
η 总是小于1，“永动机”不可能存在
C
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
课堂练习
2.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·℃)。
解：完全燃烧0.7 kg干木柴能放出的热量Q = 1.2×107 J/kg×0.7 kg = 8.4×106 J。
这些热量全部被水吸收，能加热水的质量
m =
Q
c(t -t0)
8.4×106 J
4.2×103 J/(kg·℃)×(70 ℃-20 ℃)
=
= 40 kg。
课堂练习
3. 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
课堂练习
4．一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：气缸散热损失占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%
课堂练习

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