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第十四章 内能的利用
第3节 热机的效率
1.从能量转化的角度认识燃料的热值，知道燃料热值的物理意义及其单位。
2.能计算燃料完全燃烧放出的热量。
3.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率，知道如何提高热机效率 。
火箭是如何获得巨大的机械能的吗？它用的是什么燃料呢？为什么发射火箭不用汽油或柴油呢？
1.你知道常见的燃料有哪些，它们分别属于哪一类？
固体
气体
液体
木炭、煤等
汽油、酒精等
煤气、天然气等
能量转化：化学能→内能
2.根据你的经验，相同质量的不同燃料，完全燃烧时放出的热量是不是相同？这说明了什么？
根据生活实验发现：1kg的煤燃烧释放出的热量比1kg木柴燃烧放出的热量多。
由此可见：质量相同的不同燃料在完全燃烧时所放出的热量是不同的。
不同燃料燃烧时放热本领是不同的。
如何描述物质的这种能力呢？
热值
　　某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。
知识点一：燃料的热值
1.定义
2.物理意义：
热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
3.能量转化
化学能→内能
4.公式
5.单位
气体：q=
固体或液体：q=
焦每千克；符号：J/kg
焦每立方米；符号：J/m3
一些燃料的热值
燃料 热值 燃料 热值
干木柴 约1.2×107J/kg 柴油 4.3×107J/kg
烟煤 约2.9×107J/kg 煤油 4.6×107J/kg
无烟煤 约3.4×107J/kg 汽油 4.6×107J/kg
焦炭 3.0×107J/kg 氢气 1.4×108J/kg
木炭 3.4×107J/kg 焦炉煤气 约1.7×107J/m3
酒精 3.0×107J/kg 沼气 约1.9×107J/m3
（1）认识热值定义时，不要漏掉“完全”这一条件。
（2）热值反映了燃料在燃烧过程中，化学能转化为内能本领的大小。
（3）热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等没有关系。
6. 热值的理解要点
释疑：现在，你知道为什么发射火箭要用氢做燃料了吗？
发射卫星的火箭燃料要体积小、重量轻，但放出的热量要大，这样才能减轻火箭的重量，使卫星快速地被送上轨道。
根据前面的计算结果可知，选择氢作为火箭的燃料满足体积小、质量轻、热值大的条件。
1.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？氢的热值是1.4×108 J/kg。
解：放出热量 Q = qm =1.4×108 J/kg× 10×103 kg =1.4×1012 J
有关热值的计算
2.若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？干木柴的热值1.2×107 J/kg。
解：需要干木柴的质量
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。
（1）煤气不能完全燃烧，会损失一部分能量。
（2）装水容器、煤气灶本身都会吸收一部分能量.
高温的烟气带走一部分能量。
一部分能量直接散失掉了。
煤气燃烧放出的热量不能全部被水吸收
由此可知：水吸收的热量只占煤气完全燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是被有效利用的。
用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量全部能被水吸收吗？
知识点二：热机的效率
（1）概念:
吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值。
（2）公式:
1. 让燃料更加充分地燃烧，如增加供氧量。
2. 增大烧水时水和炉子的接触面积，从而减少热量的散失。
3. 炉壁选用隔热材料，减少热量的散失。
如何提高燃料的利用率
η=×100%
1.热效率
例 用天然气将1 kg的水烧开(从25 ℃加热到100 ℃)，共使用0.0236 m3的天然气.(q天然气=4.0×107 J/m3)
（1）这些天然气完全燃烧放出热量是多少J？
（2）水吸收的热量是多少J？
（3）用于加热水的热量占天然气燃烧时释放热量的多少？
解：（1）天然气完全燃烧放出热量
Q放=qV= 9.44×105 J
（2）水吸收的热量
Q吸=cm(t-t0)(100 25
Q＝qV
Q＝cmΔt
（3）用于加热水的热量占天然气燃烧时释放热量的百分比为：
η=×100%=×100%≈33.4%
思考与讨论：内燃机中燃料能够完全燃烧吗？燃料燃烧的能量都分别流向哪了？
燃料的
化学能
燃料无法完全燃烧
废气带走的能量
克服摩擦做功
机器传热消耗的能量
做有用功的能量
2.热机的效率
（2）定义式：
（3）物理意义：
热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，是热机性能的重要指标，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染。
用来做有用功的那部分能量，与燃烧完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
（1）定义：
η=×100%
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为 20%~40%
柴油机的效率为30%~45%
常见的热机效率
①改善燃烧环境，使燃料尽可能完全燃烧，提高燃料的燃烧效率。　　
②尽量减小各种热散失。　
③减小各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量。　　
④充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。　　
如何提高热机效率，节约能源，减少污染
从火车到火箭
生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发明了热机。最早的热机是蒸汽机。
交通运输的发展迫切需要比较轻便的热机。于是，内燃机应运而生.内燃机有柴油机、汽油机两大类。
电力工业的发展需要功率巨大的热机来带动大型发电机。1884年出现的蒸汽轮机满足了这个需求。
早期的飞机是由内燃机提供动力的。从上世纪40年代开始，飞机上越来越多地使用喷气式发动机。
热机的效率
燃料的热值
概念：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。
单位：焦每千克（J/kg）；焦耳每立方米（J/m3）
公式
液体或固体：q=
气体：q=
热机的效率
定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫作热机的效率。
公式：η=×100%
提高热机的效率
1. 关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）
A. 容易燃烧的燃料，热值一定大
B. 煤的热值大于干木柴的热值，煤燃烧放出的热量一定比木柴燃烧放出的热量多
C. 燃料的热值与燃料是否完全燃烧无关
D. 为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料
C
2.如图表示的是汽油机的能量流向，对照此图，下列说法不正确的是(　　)
A．废气的排放所占比例最大，减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段
B．冷却水能量的二次利用可以
提高能量利用率
C．该汽油机的热机效率为70%
D．该汽油机的能量利用率为30%
C
3.小亮使用干木柴烧水.若完全燃烧420 g干木柴放出的热量能使质量为10 kg、初温为15 ℃的水升高到75 ℃，则干木柴完全燃烧放出的热量为________J.此次使用干木柴烧水的效率为______.干木柴放出的热量若由天然气来提供，需要________m3的天然气. [已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)，q干木柴=1.2×107 J/kg，q天然气=4.0×107 J/m3]
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