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第四节 跨学科：热机效率和环境保护
第十四章 内能与热机
我们的生活都离不开 。
燃料燃烧的过程是 能转变为 能的过程。
燃料
化学
内
观察思考
生活中我们可以使用哪些燃料？
该如何分类？
固体燃料
液体燃料
气体燃料
木炭、煤等
汽油、酒精等
煤气、天然气等
思考
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？
经验与科学研究告诉我们：不同燃料燃烧释放出能量的能力是不同的。
一、燃料的热值
思考
　　某种燃料完全燃烧释放的热量与所用燃料的质量之比，
叫做这种燃料的热值。
2.定义：
表示燃料完全燃烧时释放热量的能力。
1.意义：
　　国际单位：焦每千克；符号：J/kg。
　　气体燃料的单位：焦每立方米；符号：J/m3。
3.单位：
对于气体燃料而言，热值则是某种燃料完全燃烧释放的热量与所用燃料的体积之比。
燃料的热值
计算公式
质量为m的燃料完全燃烧放出的热量：
：燃料完全燃烧放出的热量，单位是J。
m：燃料的质量，单位是kg。
q ：燃料的热值，对应单位是J/kg。
体积为V的燃料完全燃烧放出的热量：
：燃料完全燃烧放出的热量。
V：燃料的体积，单位是m3。
q ：燃料的热值，对应单位是J/m3。
点击下方图片观看视频
——热值的定义、单位及计算公式
常见燃料的热值
物质 热值q/(J·kg-1)
干木柴 1.2×107
烟煤 2.9×107
无烟煤 3.4×107
焦炭 3.0×107
木炭 3.4×107
物质 热值q/(J·kg-1)
酒精 3.0×107
柴油 4.3×107
汽油 4.6×107
煤油 4.6×107
原油 4.4×107
物质 热值q/(J·m-3)
氢气 1.4×108
天然气 3.3×107~4.5×107
液化石 油气 4.9×107
煤气 1.8×107
思考
从上表中你能获得哪些信息？
同种燃料热值相同，不同燃料热值不同。热值是燃料的一种特性，反映了燃料燃烧时化学能转化为内能的本领的大小，同种燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等因素无关。
注意！
下列关于热值的说法中正确的是 (　　)
A.燃料越多,它的热值就越大
B.燃料燃烧时放出的热量越多,它的热值就越大
C.相同质量的燃料,完全燃烧时放出的热量越多,热值越大
D.同一种燃料,燃烧的情况不同,它的热值就不一样
C
练一练
干木材的热值是1.2×107 J/kg，它的物理意义是____________________________________________________。要放出3.6×107 J的热量，需要完全燃烧______kg的干木材。
质量为1 kg的干木材完全燃烧放出的热量是1.2×107 J
3
练一练
酒精的热值是３×107J／kg，要放出6.0×106J的热量，需完全燃烧多少kg酒精 如果燃气的密度为1.2kg/m3,燃气的热值为4×107J／m3,要放出同样的热量，需完全燃烧多少kg的燃气？
练一练
在内燃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？
二、热机效率
思考
由图可知：真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。
热机运转中，做有用功与燃料完全燃烧所释放
能量的比值。
对外做的有用功
燃料完全燃烧所释放的能量
热机效率
热机效率
点击下方图片观看视频——热机效率
内燃机工作时能量流向图
(1)在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多。
(2)设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
一些热机的效率
蒸汽机 4%~8% 燃汽轮机 50%~60%
蒸汽轮机 25%~30% 汽油机 26%~40%
柴油机 34%~45% 喷气发动机 50%~60%
如何提高热机的效率？
提高热机效率的主要措施
使燃料尽可能充分燃烧
尽量减少各种热量散失
减少因克服摩擦而额外消耗的能量
热机的效率能达到100%吗？为什么？
不能。
因为热机在工作过程中一定有能量损失。
思考
一辆汽车在平直公路上匀速行驶，受到的阻力是104 N，当它行驶了13.8 km时，完全燃烧了10 kg的汽油。已知q汽油＝4.6×107 J/kg，求：
(1)汽车受到的牵引力；
(2)汽车获得的有用功；
(3)10 kg汽油完全燃烧所释放的热量；
(4)这辆汽车的热机效率。
练一练
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：
三、环境保护
1.大气污染
热机工作时排放的大量氮氧化物、碳氧化物、铅等是大气污染的主要来源，直接危害人体健康，影响农作物的生长。
(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。
(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。
酸雨的危害
2.噪声污染
大量由热机作动力的机器工作时产生的噪声，影响人类的正常生活，甚至危害人体健康。
3.热污染
热机排出的二氧化碳，引起“温室效应”，热机产生的废气和冷却水带走的热量，成为“热岛效应”的元凶之一。
（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。
保护环境有哪些方法？
思考
下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（　　）
A.热机排出的尾气没有内能
B.热值越大的燃料，燃烧时放出的热量越多
C.热机的效率能达到100%
D.热机的大量使用会造成环境污染
D
练一练
课堂小结
跨学科：
热机效率和环境保护
燃料的热值
热机效率
环境保护
定义
单位及物理意义
公式
定义
公式
提高热机效率的方法
环境污染
环保措施

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