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第十四章
内能的利用
14.2
热机效率
知识与技能
1．从能量转化的角度认识燃料的热值。
2．了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。
3．通过分析能量转化或转移的去向，理解热机效率。
重点
1．燃料的热值。
2．热机效率。
难点
1．热值的相关计算。
2．热机效率。
柴薪
煤炭
石油
天然气
我们可以从哪里获得内能？　
　　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？
　　经验告诉我们，等质量的煤和干木柴，充分燃烧，煤放出的热量要比柴多得多。我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。
一、燃料的热值　
想想议议
　　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。
1．热值的概念
　　热值在数值上等于1
kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
（1）定义
（2）物理意义
对于热值的理解，我们要抓住三个关键词：“某种燃料”、“完全燃烧”、“热量与其质量之比”.
①“某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃烧特性、化学能转化成的内能的本领大小.
②“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽.某种燃料，只有在完全燃烧时放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧放出的热量计算出的热值就比实际值小.
③“热量与其质量之比”可以理解为热值是针对一定质量的燃料而言的，如果同种燃料的质量不同，则完全燃烧时放出的热量大小不同.
　　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。
1．热值的概念
（3）单位
　　请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。
2．热值是燃料的属性
木炭:
3.4×107J/kg
1千克木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J.
煤气:
3.9×107J/m3
物理意义:
1立方米煤气完全燃烧时放出的热量是3.9×107J.
物理意义:
1.不同物质的热值一般相同吗？
2.有没有不同物质热值相同的？
3.哪种物质的热值最大
？它是多少？表示的物理意义是什么？
热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量（体积）、是否燃烧、是否完全燃烧无关。
它们都离不开燃料。
燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程。
固体燃料
液体燃料
气体燃料
燃料可分为三种
你知道的燃料有哪些,它们分别属于哪一类？
常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，农村还用草木等植物的秸杆作燃料。
思考讨论
热值的有关计算：
（1）固体或液体燃料：
Q放
=
mq
（2）气体燃料：Q放
=
Vq
　　为什么发射火箭上天要用氢做燃料？
想一想
　　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？
　　再算算，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1.2×107
J/kg
放出热量Q
=
热值q×质量m
=
1.4×108
J/kg×
10×103
kg
=
1.4×1012
J
需要干木柴
　　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。
关于燃料的热值正确的是（
）
A．燃料的热值与燃料的燃烧程度有关
B．燃料的热值与燃料的种类有关
C．燃料的热值与燃料的多少有关
D．燃料的热值与上面三个因素都有关
B
练一练
1kg汽油的热值小，2kg汽油的热值大？
1m?天然气完全燃烧的热值大，未完全燃烧的热值小？
1kg干木柴完全燃烧放出的热量？2kg呢？
5kg40℃的水烧开，需要完全燃烧的多少kg的干木柴？（燃料完全燃烧放热全部被水吸收）
有效利用
60%
高温的空气带走相当一部分热量，
未燃烧
15%
散失
25%
燃料很难完全燃烧
被水吸收的热量
燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且有效利用的热量又比放出的热量要小，例如用煤烧水。
一部分热量直接散失掉
二、热机的效率　
燃料的利用率
热机的效率视频
1、炉子的效率：
η=
Q吸
Q放
=
cm△t
mq
1)定义：
2）公式：
有效利用的热量（水吸收的热量）与
燃料完
全燃烧放出的热量之比。
提高锅炉效率的措施:
（1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧。
（2）减少各种热量损失。
将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更完全燃烧；
①加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；
②使用较好的保温材料，减少热损失。
通常的锅炉，燃料利用率比较低，因此在节约能源上改造的潜力巨大。
　　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。
　　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？
想一想
公式：η=
Q吸
Q放
=
cm△t
m′q
2.热机的效率
损失的内能
无用的机械能
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。
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%
3.
提高热机效率的方法：
（1）使燃料充分燃烧;
（2）尽量减少各种热量损失；
（3）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦而额外消耗的能量
（3）利用废气的能量；（主要措施）
例：用天然气灶烧水，燃烧1m3的天然气，使100kg的水从20℃升高到70℃.天然气热值3.2×107J/m3求
（1）天然气完全燃烧放出热量
（2）水吸收的热量
（3）天然气灶的效率
1.汽油的热值为4.6×107J/kg。一个60kg的人，从大厦的一楼步行到11楼（走了10层楼），每层楼的高度为3m，他克服重力做了多少功？如果汽油完全燃烧获得的热量和这些功相等，需要汽油的质量是多少？这大约相当于生活中什么物体的质量？
2.如果燃烧干木柴跟燃烧煤油放出的热量相等，干木柴的质量应该等于煤油质量的几倍？（干木柴的热值为1.2×107J/kg；煤油的热值为4.6×107J/kg）
3.全球汽车保有量在迅速增长，截至2011年，全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆。每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机的效率平均值取30%。如果能把内燃机效率提高1%，全球每年可以节约多少燃油？
4.提高热机效率具有哪些积极意义？
课堂练习
1.下列能提高热机效率得
（
）
A.让更多的燃料燃烧
B.提高热机功率
C.减少各种热损失
D.利用热值大的燃料
2.关于热机和环保的说法正确的是
（
）
A.所有的热机都是用汽油作燃料
B.热机的大量使用会造成大气污染
C.热机产生的噪声可被消声器完全消除
B
C
3.下列提高热机效率的方法中，不可行的是（
）
A．减少各种热损失
B．加润滑油减少机器各部件之间的摩擦
C．充分利用废气的能量，如建热电站
D．采取少消耗总能量的办法
D
4、某汽油机效率为20％，这表示它每做100J的有用功要完全燃烧产生
J能量的汽油，要向外散失
J的能量。
5、甲、乙两辆汽车，甲汽油机效率比乙汽油机效率高，这表明（
）
A甲做功比乙多
B甲做功比乙少
C甲消耗的汽油比乙少
D相同的牵引力行驶相同的路程，甲耗油少。
500
400
D

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