資源簡介

第十三章 內能與熱機
13.4 熱機效率和環境保護
無論是燒菜做飯，還是奔馳的汽車與火車，乃至直入蒼穹的火箭等都離不開燃料。即從原始人類學會用火的那天起，至今，人們使用的能量絕大部分還是通過燃料燃燒獲得的。那么燃料燃燒釋放的能量究竟有多少用來做了有用功？以及燃料的燃燒對環境會造成那些影響呢？
情景引入：觀察、思考

液氫，偏二甲肼
情景引入：觀察
常見的燃料
燃料燃燒的過程是化學能轉變為內能的過程。
常見的燃料有煤、石油(加工煉制成汽油、煤油、柴油和液化氣等)、天燃氣等，農村還用草木等植物的秸桿作燃料。
燃料可分為三種：固體燃料、氣體燃料、液體燃料。
一、燃料
想想議議
問題1 同樣燒開一壺水，使用不同的燃料，如用煤和干木柴，所消耗的燃料的質量是一樣多嗎？
問題2 相同質量的不同燃料，燃燒時放出的熱量一樣多嗎？
二、燃料的熱值
不同燃料的放熱本領相同嗎？怎么
比較它們誰的放熱本領強呢？
【實驗設計】選取相同質量的不同燃料，點燃后，對相同質量的水進行加熱，比較兩杯水溫度的升高多少，來確定燃料的放熱本領。
實驗方法
控制變量法和轉換法
大量的實驗事實證明，燃燒相同質量的不同燃料，放出的熱量是不同的。 我們用熱值這個概念來表示燃料放出熱量的本領(教材上是能力)。
某種燃料完全燃燒放出的熱量與該燃料的質量之比，叫做這種燃料的熱值。
國際單位：焦每千克；符號：J/kg
1．燃料的熱值（q）
熱值在數值上等于1 kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。
（1）定義
（2）物理意義
（3）單位
定義式：
比值定義法
燃料的熱值的定義
q: 燃料的熱值
Q：燃料完全燃燒放出的熱量
m: 燃料的質量
對某些氣體燃料完全燃燒放出的熱量與其體積之比，叫做這種氣體燃料的熱值。
物理意義：熱值在數值上等于在標準狀態下1 m3的燃料完全燃燒放出的熱量。
定義式：
氣體燃料的單位：焦每立方米；符號：J/m3。
（4）氣體燃料的熱值
2．了解燃料的熱值表
請找出你熟悉的燃料的熱值，并說說其物理意義。
理解：熱值是燃料本身的一種特性.
二、燃料的熱值
為什么發射火箭上天要用氫做燃料？
因為氫的熱值大，相同質量的不同燃燒中，氫釋放的熱量最多，故利用氫做燃料。
3．有關燃料燃燒放熱的計算
定義式
Q=qm
Q=qV
熱量計算公式
例題 根據熱值表，計算一下10噸氫完全燃燒放出多少焦耳的熱量？再算算，若用干木柴完全燃燒來獲得這些熱量，需要多少噸干木柴？
解：（1）氫完全燃燒放出熱量
Q = q1m1=1.4×108 J/kg× 10×103 kg
=1.4×1012 J
（2）需要干木柴
約120噸干木柴完全燃燒放出的熱量等于10噸氫完全燃燒放出的熱量。
燃料的熱值有關計算
1、部分燃料未完全燃燒
2、克服摩擦消耗能量
轉化為對外做有用功的能量
4、機械傳熱損失能量
3、廢氣排出帶走能量
熱機中燃料釋放能量的主要走向示意圖
三、熱機效率
　　在熱機中燃料是否能夠完全燃燒？燃料燃燒釋放的能量都到哪里去了？
教材引入
（1）熱機的效率是熱機性能的重要指標（看下頁圖片）
2．提高熱機效率，節約能源，減少污染
（2）提高效率的途徑
　①提高燃料利用率，使燃料充分燃燒；②改進熱機，減少各種能量損失；③充分利用廢氣的能量；④注意保養，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦阻力而額外消耗的能量。
定義式
1．定義 對外做的有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率。
蒸汽機的效率只有6%~15%
汽油機的效率為 20%~30%
噴氣式飛機上的發動機的效率能達到50%~60%
常見的一些熱機效率值
柴油機的效率為30%~45%
熱機效率是熱機性能好壞的物理量。
熱機效率與功率無關。
熱機為人類的 發展做出了重大貢獻，但也帶來了許多環境污染問題。
四、環境保護
燃料燃燒對環境的影響
日益嚴重的環境問題
大氣污染
水污染
地球只有一個，請保護環境！
環境保護措施:
1、改進燃燒設備，加裝消煙除塵裝置。
2、城市集中供熱。
3、改用氣體燃料，普及煤氣和天然氣。
4、充分開發利用污染少和無污染的新能源。
1.對于燃料的熱值，下列說法中，屬于正確理解的是 (　　 )
A.燃料的熱值跟燃料燃燒時放出的熱量成正比
B.燃料沒燃燒時就沒有熱值
C.就某種確定的燃料而言，它的熱值是一個確定的值，跟燃料 的質量及燃料燃燒放出的熱量無關
D.容易燃燒的燃料熱值一定大
C
課堂練習
2. 關于熱機效率，下列說法正確的是 (　　 )
A.熱機效率越高，即熱機做的有用功多
B.熱機效率越高，即熱機的功率越大
C.要提高熱機效率，就要盡量減少各種能量損失，并且要保
證良好的潤滑
D.提高熱機效率，并不能環保減排
C
3．一臺內燃機運行時各種能量損耗大致為：汽缸散熱損失占25％，廢氣帶走的能量占30％，摩擦等機械損耗占10％，則內燃機的熱機效率為__________。
35%
4．已知干木柴的熱值是1.2×107 J/kg，完全燃燒0.7 kg干木柴能放出多少熱量？假設這些熱量全部被水吸收，能使多少千克水的溫度由20 ℃升高到70 ℃？已知水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃)。
　　Q = 1.2×107 J/kg×0.7 kg = 8.4×106 J
　　m =
Q
c(t -t0)
8.4×106 J
4.2×103 J/(kg·℃)×(70 ℃-20 ℃)
　　 =
　　 = 40 kg
解：天然氣完全燃燒放出的熱量：
Q放=q氣V=4.4×107J/m3 ×4m3 =1.76×108J；
放出這些熱量所需柴薪質量：
5.某個家庭預計每月使用天然氣4m3，這些天然氣完全燃燒放出多少熱量，相當于多少kg柴薪完全燃燒放出的熱量？（q氣=4.4×107J/m3，q柴=1.2×107J/kg）
????柴=????放????柴=1.76×108J1.2×107J/kg≈14.7kg.
?
6.全球汽車保有量在迅速增長，截至今年，全球處于使用狀態的汽車數量已突 破10億輛。每輛汽車每年耗油1.8t，汽車內燃機的效率平均值取30%。如果能把內燃 機效率提高1%，全球每年可以節約多少燃油？
解：每輛車每年有效耗油量（用于做有用功的油）：m1=mn=1.8t×30％=0.54t
若熱機效率提高1％,每輛車每年的耗油量：m2=m1/n1=0.54/31％≈1.74t
每輛車每年節約的油：m3=m-m2=1.8t-1.74t =0.06t
全球總節約的油：m總=1010×m3=1010×0.06t=6×108.
1、熱值：
①概念：

②單位；
③公式：
④計算：
2、熱機效率：
①概念：


②提高熱機效率的途徑：
　 具體措施：①提高燃料利用率，使燃料充分燃燒；②改進熱機，減少各種能量損失；③充分利用廢氣的能量；④注意保養，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦阻力而額外消耗的能量。
3、保護環境，從我做起。
把1千克某種燃料完全燃燒釋放出的能量（熱量）叫做這種燃料的熱值。用q表示。
J/kg（固體、液體） J/ m3（氣體）
Q＝mq（或Q＝Vq）
熱機轉變為有用功的能量與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值稱為熱機效率。用η表示。
公式：
η＝Q有/Q總×100％
減少熱機各種能量損失
課堂小結

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