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第十二章 内能与热机
12.1 内能
一 、 内能
1. 定义：物体内部所有分子做无规则运动的分子动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
(1)分子动能：分子由于运动而具有的能，其大小决定于温度高低。
分子势能：分子由于存在相互作用力而具有的能，其大小决定于分子间距。
单位是焦耳(J) 。
(2)一切物体的分子都在永不停息地做无规则运动，无论物体处于什么状态、是什么形状、温度 是高还是低都是如此。因此，一切物体在任何情况下都具有内能。
2. 决定因素：质量、温度、状态。
同一物体的内能的大小与温度有关，温度越高 ，具有的内能就越多。但不同物体的内能不能仅 仅以温度的高低为依据来比较。
甲烧杯中水的内能比乙烧杯中水的内能小。(质量相同，温度越高，内能越大)
(
200g
)30℃ 甲 (
200g
)60℃ 乙
二、 改变内能的两种途径
方式 发生条件 判断方法 说明 示例图
热传递 物体之间或物体 各部分之间存在 温度差 能量由高温物体转移到低温 物体或从物体的高温部分转 移到低温部分；高温物体温 度降低，内能减少，低温物 体温度升高，内能增加 做功和热传递对改变物 体的内能是等效的，一 个物体温度升高，有可 能是对物体做了功，也 有可能是发生了热传递 退热贴
坐滑梯屁股发热
做功 物体对外做功或 外界对物体做功 通过关键词“搓手”“压缩” “摩擦”等动词。物体对外做 功，内能减少，或外界对物 体做功，内能增加
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12.2 热量与热值
(
一
、
热量
(Q
)
)
1. 定义：物体通过热传递方式所改变的内能称为热量。
2. 单位：焦耳(J) 。
二、 热值
1. 定义：某种燃料完全燃烧时所放出的热量与燃料质量的比叫做燃料的热值，用符号q 表示，单位 是J/kg 。
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表1常见气体燃料热值表
气体燃料 热值q/(J · m )
氢气 1.26×10
天然气 3.3×10 ~4.5×10
煤气 1.8×10
表2常见液体燃料热值表
液体燃料 热值q/(J · kg )
酒精 3.0×10
柴油 4.3×10
石油 4.4×10
汽油 4.6×10
煤油 4.6×10
液化气 4.9×10
液氢 1.4×10
表3常见固体燃料热值表
固体燃料 热值q/(J · kg )
干木柴 1.2×10
烟煤 2.9×10
焦炭 3.0×10
无烟煤 3.4×10
木炭 3.4×10
2. 热值的计算
(1)燃料完全燃烧放热计算公式：Q放=qm(固、液体)或Q放=qV(气体)。
说明：Q放表示燃料完全燃烧放出的热量，单位是焦耳(J);q 表示热值，单位是焦每千克(J/kg) 或
者焦每立方米(J/m );m 表示质量，单位是千克(kg);V 表示体积，单位是立方米(m )。
(2)热值是燃料的一种特性，与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧、燃料的质量和是否燃烧 等均无关。
12.3 物质的比热容
一 、 比较不同物质的吸热情况
(
温度计
A
o
电加热器
)
加热质量相同的物质A、B 升高的温度相同时，A吸收的热量较多
1. 实验方法：控制变量法和转换法。
(1)控制物质的质量相同、物质升高的温度相同、电加热器的规格相同。
(2)物质吸热的多少由加热时间决定。
2. 实验器材：电加热器(相比酒精灯，热效率高且稳定)、玻璃杯、温度计等。
3. 实验过程：加热质量相等的物质A 和 B, 使它们升高相同的温度，比较它们吸收热量的多少。
4. 实验结论：不同物质，在质量相等、升高的温度相同时，吸收的热量不同。
(
二、 比热容
)
1. 定义：物质在热传递过程中吸收(或放出)的热量与物质的质量和此过程中物质升高(或降低)的 温度的乘积的比值。符号是C。
(1)定义式：
说明：Q 表示吸收(或放出)的热量，单位是焦耳(J);c 表示比热容，单位是焦每千克摄氏度
[J/(kg·℃)];m 表示质量，单位是千克(kg);△t 表示升高(或降低)的温度，单位是摄氏
度(℃)。
(2)变换式：①Q吸=cm△t=cm(t-t );②Q 放=cm△t=cm(t -t)。
2. 物理意义：反映物质在热传递过程中吸(放)热本领的物理量。物质的比热容越大，在热传递过 程中吸(放)热能力越强。相同条件下温度变化越小；或相同条件下吸收(或放出)的热量越多。
水的比热容是c 水=4.2×10 J/(kg·℃) 。 其物理意义：1 kg 的水，温度升高(降低)1℃吸收
(放出)的热量为4200 J。
3. 比热容是物质的一种属性，它的大小跟物质种类有关，同种物质的比热容还跟物质的状态有关。 比热容跟质量、体积、温度等无关。
示例：冰熔化成水，比热容就发生改变。
(
三
、
比热容的应用
)
1. 常见物质中，水的比热容最大。在同样受热或冷却的情况下，水的温度变化要小些。水的这个 特征对气候的影响很大。在受太阳照射条件相同时，白天沿海地区比内陆地区温度升高得慢， 夜晚沿海地区温度降低得慢。所以一天之中，沿海地区温度变化小，内陆地区温度变化大。
(
35-
30-
25-
20-
15-
10-
5-
0-
——沿海温度(℃) 内陆温度(℃)
沿海与内陆气温日变化表
上午9时下午2时日落时
午夜0时
) (
白天
暖空
)海风环流冷空气 冷空气陆风环流 夜晚 暖空气
海陆风的形成原因
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2. 在生产、生活中也经常利用到水的比热容大的特点。汽车发动机、发电机等机器，在工作时要 发热，通常要用循环流动的水来冷却；冬季也常用水取暖。
用水冷却汽车发动机 冬天用水取暖
12.4 热机与社会发展
一 、 热机
1. 定义：把燃料燃烧放出的内 能转 化为机械能的机器。
2. 工作原理：燃料在燃烧时，将化学能转化为内能；通过做功，将内 能转化为机械能。
内能转化成 机械能 软木塞飞出获得机械能 液 化 水蒸气内能减小，温度降低， 液化成小水珠 做功 水蒸气膨胀对软木塞做功 热传递 水温度升高
3. 种类：蒸汽机、内燃机(分汽油机和柴油机)、汽轮机、喷气发动机等。
二 、 汽油机的工作过程及特点
冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
图示
工作过程 进气门打开， 排气门关闭 进气门关闭， 排气门关闭 进气门关闭， 排气门关闭 进气门关闭， 排气门打开
活塞向下运动 活塞向上运动 活塞向下运动 活塞向上运动
能量转化 机械能转化为内能 内能转化为机械能
燃料 吸入汽油和空气 的混合物 燃料混合物 被压缩 燃料燃烧产 生气体 废气排出
说明 四冲程汽油机的一个工作循环中，活塞往复运动2次，曲轴运动2圈，对外做功1次
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(
三
、
柴油机
)
汽油机和柴油机的异同点
汽油机 柴油机
构造 进气门 活塞 曲轴 火花塞 排气门 连杆 (
喷油嘴
进气阀卡
排气阀
气缸
活塞
连杆一
曲轴
)
吸入物质 汽油和空气的混合物 空气
点燃方式 点燃式(火花塞点火) 压燃式(柴油遇到热空气燃烧)
主要特点 轻巧、效率较低 笨重、效率较高
适用范围 小汽车等 载重汽车、火车、轮船等
相同点 一个工作循环包括4个冲程，曲轴和飞轮转动2圈，对外做功1次
(
四 、
热机效率与环境保护
)
(
废气排出带走的能量
)山于机械转动等， 克服摩擦所消耗 的能量 热能真正转变为 对外做功的能量 燃料很难全部燃烧， 燃烧的化学能不能 全部释放 机械能散热损 失一部分能量
热机的能流图
1. 热机效率：在热机中，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，叫做热 机的效率。
2. 由于热机在工作过程中，总有能量损失，所以热机的效率总小于1。柴油机比汽油机的效率高。
3. 根据机械效率的公式，可以推导出
4. 提高效率的途径
(1)使燃料充分燃烧。
(2)尽量减少各种热量损失。
(3)机件间保持良好的润滑、减小摩擦。
(4)采用先进技术，改进机械结构。
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