資源簡介

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第十四章
內能的利用
14.2
熱機效率
知識與技能
1．從能量轉化的角度認識燃料的熱值。
2．了解內能的利用在人類發展史上的重要意義。
3．通過分析能量轉化或轉移的去向，理解熱機效率。
重點
1．燃料的熱值。
2．熱機效率。
難點
1．熱值的相關計算。
2．熱機效率。
柴薪
煤炭
石油
天然氣
我們可以從哪里獲得內能？　
　　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？
　　經驗告訴我們，等質量的煤和干木柴，充分燃燒，煤放出的熱量要比柴多得多。我們用熱值這個概念來表示燃料放出熱量的本領。
一、燃料的熱值　
想想議議
　　某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比，叫做這種燃料的熱值。
1．熱值的概念
　　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
對于熱值的理解，我們要抓住三個關鍵詞：“某種燃料”、“完全燃燒”、“熱量與其質量之比”.
①“某種燃料”是說明熱值與燃料的種類有關，反映了燃料的燃燒特性、化學能轉化成的內能的本領大小.
②“完全燃燒”的含義是燒完、燒盡.某種燃料，只有在完全燃燒時放出的熱量與質量之比才是這種燃料的熱值，如果用沒有完全燃燒放出的熱量計算出的熱值就比實際值小.
③“熱量與其質量之比”可以理解為熱值是針對一定質量的燃料而言的，如果同種燃料的質量不同，則完全燃燒時放出的熱量大小不同.
　　國際單位：焦每千克；符號：J/kg。
　　氣體燃料的單位：焦每立方米；符號：J/m3。
1．熱值的概念
（3）單位
　　請說出你熟悉的燃料的熱值，并說明其物理意義。
2．熱值是燃料的屬性
木炭:
3.4×107J/kg
1千克木炭完全燃燒時放出的熱量是3.4×107J.
煤氣:
3.9×107J/m3
物理意義:
1立方米煤氣完全燃燒時放出的熱量是3.9×107J.
物理意義:
1.不同物質的熱值一般相同嗎？
2.有沒有不同物質熱值相同的？
3.哪種物質的熱值最大
？它是多少？表示的物理意義是什么？
熱值是燃料的一種特性，其大小只與燃料的種類有關，與燃料的質量（體積）、是否燃燒、是否完全燃燒無關。
它們都離不開燃料。
燃料燃燒的過程是化學能轉變為內能的過程。
固體燃料
液體燃料
氣體燃料
燃料可分為三種
你知道的燃料有哪些,它們分別屬于哪一類？
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。
思考討論
熱值的有關計算：
（1）固體或液體燃料：
Q放
=
mq
（2）氣體燃料：Q放
=
Vq
　　為什么發射火箭上天要用氫做燃料？
想一想
　　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？
　　氫的熱值是1.4×108
J/kg
　　干木柴的熱值1.2×107
J/kg
放出熱量Q
=
熱值q×質量m
=
1.4×108
J/kg×
10×103
kg
=
1.4×1012
J
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。
關于燃料的熱值正確的是（
）
A．燃料的熱值與燃料的燃燒程度有關
B．燃料的熱值與燃料的種類有關
C．燃料的熱值與燃料的多少有關
D．燃料的熱值與上面三個因素都有關
B
練一練
1kg汽油的熱值小，2kg汽油的熱值大？
1m?天然氣完全燃燒的熱值大，未完全燃燒的熱值?。?br/>1kg干木柴完全燃燒放出的熱量？2kg呢？
5kg40℃的水燒開，需要完全燃燒的多少kg的干木柴？（燃料完全燃燒放熱全部被水吸收）
有效利用
60%
高溫的空氣帶走相當一部分熱量，
未燃燒
15%
散失
25%
燃料很難完全燃燒
被水吸收的熱量
燃料很難完全燃燒，放出的熱量往往比按熱值計算出的要小，而且有效利用的熱量又比放出的熱量要小，例如用煤燒水。
一部分熱量直接散失掉
二、熱機的效率　
燃料的利用率
熱機的效率視頻
1、爐子的效率：
η=
Q吸
Q放
=
cm△t
mq
1)定義：
2）公式：
有效利用的熱量（水吸收的熱量）與
燃料完
全燃燒放出的熱量之比。
提高鍋爐效率的措施:
（1）改善燃燒的條件，使燃料盡可能充分燃燒。
（2）減少各種熱量損失。
將煤磨成煤粉，用空氣吹進爐膛，使之更完全燃燒；
①加大受熱面積，以減少煙塵廢氣帶走的熱量；
②使用較好的保溫材料，減少熱損失。
通常的鍋爐，燃料利用率比較低，因此在節約能源上改造的潛力巨大。
　　用來做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。
　　在內燃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？
想一想
公式：η=
Q吸
Q放
=
cm△t
m′q
2.熱機的效率
損失的內能
無用的機械能
由圖可知，真正能轉變為對外做有用功的能量只是燃料燃燒時所釋放能量的一部分。
蒸汽機的效率只有6%~15%
汽油機的效率為
20%~30%
柴油機的效率為30%~45%
3.
提高熱機效率的方法：
（1）使燃料充分燃燒;
（2）盡量減少各種熱量損失；
（3）注意保養，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦而額外消耗的能量
（3）利用廢氣的能量；（主要措施）
例：用天然氣灶燒水，燃燒1m3的天然氣，使100kg的水從20℃升高到70℃.天然氣熱值3.2×107J/m3求
（1）天然氣完全燃燒放出熱量
（2）水吸收的熱量
（3）天然氣灶的效率
1.汽油的熱值為4.6×107J/kg。一個60kg的人，從大廈的一樓步行到11樓（走了10層樓），每層樓的高度為3m，他克服重力做了多少功？如果汽油完全燃燒獲得的熱量和這些功相等，需要汽油的質量是多少？這大約相當于生活中什么物體的質量？
2.如果燃燒干木柴跟燃燒煤油放出的熱量相等，干木柴的質量應該等于煤油質量的幾倍？（干木柴的熱值為1.2×107J/kg；煤油的熱值為4.6×107J/kg）
3.全球汽車保有量在迅速增長，截至2011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？
4.提高熱機效率具有哪些積極意義？
課堂練習
1.下列能提高熱機效率得
（
）
A.讓更多的燃料燃燒
B.提高熱機功率
C.減少各種熱損失
D.利用熱值大的燃料
2.關于熱機和環保的說法正確的是
（
）
A.所有的熱機都是用汽油作燃料
B.熱機的大量使用會造成大氣污染
C.熱機產生的噪聲可被消聲器完全消除
B
C
3.下列提高熱機效率的方法中，不可行的是（
）
A．減少各種熱損失
B．加潤滑油減少機器各部件之間的摩擦
C．充分利用廢氣的能量，如建熱電站
D．采取少消耗總能量的辦法
D
4、某汽油機效率為20％，這表示它每做100J的有用功要完全燃燒產生
J能量的汽油，要向外散失
J的能量。
5、甲、乙兩輛汽車，甲汽油機效率比乙汽油機效率高，這表明（
）
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相同的牽引力行駛相同的路程，甲耗油少。
500
400
D

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