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熱機(jī)
第七章 內(nèi)能
我們生命活動(dòng)、生產(chǎn)生活的能量來自于哪里？
生命活動(dòng)
主要的供能物質(zhì)
糖類
主要的儲(chǔ)能物質(zhì)
脂肪
攝取
攝取
動(dòng)物
植物
攝取
光合作用
太陽能
化學(xué)能
化學(xué)能
化學(xué)能
生產(chǎn)生活
煤、石油、天然氣等
轉(zhuǎn)變
古代動(dòng)植物遺體
攝取和轉(zhuǎn)變
古代植物
光合作用
化學(xué)能
化學(xué)能
化學(xué)能
回顧：
食物和燃料都具有化學(xué)能！
食物
消化吸收
呼吸作用
部分內(nèi)能
部分其他形式的能
脂肪在細(xì)胞中是貯能物質(zhì)，其氧化產(chǎn)生的能量約為等質(zhì)量糖氧化產(chǎn)生能量的兩倍。
燃料
燃燒
周圍物體增加的內(nèi)能
相同質(zhì)量的不同燃料，燃燒時(shí)放出的熱量一樣嗎？
（1）定義
（2）單位
（3）意義
一、熱值
1 kg某種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量，
叫做這種燃料的熱值，用q表示。
焦/千克，符號(hào)為J/kg。
熱值反映了燃料燃燒特性，即不同燃料在燃燒過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的本領(lǐng)大小。
熱值只與燃料種類有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。
例：汽油的熱值4.6×107 J/kg，其物理意義是？
1kg汽油完全燃燒時(shí)放出的熱量是4.6×107J
一些燃料的熱值（單位：J/kg）
干木柴 1.2×107 柴油 4.3×107
煙煤 約2.9×107 煤油 4.6×107
無煙煤 約3.4×107 汽油 4.6×107
焦炭 3.0×107 天然氣 8.4×107
木炭 3.4×107 煤氣 4.2×107
酒精 3.0×107 氫氣 14.3×107
思考：為什么火箭用的燃料是氫氣而不是汽油？
（4）燃料完全燃燒釋放的熱量計(jì)算
一、熱值
公式：
Q放=mq
燃料燃燒放出的熱量：單位J
燃料質(zhì)量：單位 kg
燃料熱值：單位J/千克
燃料燃燒放熱其實(shí)就是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。
例1：把質(zhì)量為2kg，溫度為25℃的水加熱到100℃，
需要完全燃燒多少酒精？
解： 2kg水溫度升高吸收的熱量為：
Q吸=c水m1（t-t0）
=4.2×103J/（kg·℃）×2kg×（100℃-25℃）
=6.3×105J
Q放=m2q酒精=m2×3.0×107J/kg
由 Q吸=Q放 得：
m2=2.1×10-2kg
①實(shí)際上燃料很難完全燃燒，因此放出的熱量往往少于根據(jù)熱值計(jì)算出的熱量
②燃料燃燒放出的熱量也不可能完全得到利用。
“理想狀態(tài)下”
一、熱值
例2：把質(zhì)量為2kg，溫度為25℃的水加熱到100℃，
需要完全燃燒多少酒精？(q酒精=3.0×107 J/kg，
假設(shè)酒精燃燒釋放的熱量20%被水吸收)
m=
Q放
q酒精
=
=0.105kg
一、熱值
解： 2kg水溫度升高吸收的熱量為：
Q吸=c水m1（t-t0）
=4.2×103J/（kg·℃）×2kg×（100℃-25℃）
=6.3×105J
Q放=m2q酒精=m2×3.0×107J/kg
由 Q吸=20%Q放 得：
燃料
完全燃燒
不完全燃燒
化學(xué)能浪費(fèi)
化學(xué)能
內(nèi)能
熱量被其他物質(zhì)吸收
熱量散失到空氣
利用內(nèi)能來加熱
（熱傳遞、能量轉(zhuǎn)移）
利用內(nèi)能來做功
（做功、能量轉(zhuǎn)化）
內(nèi)能的利用
回顧：怎樣利用內(nèi)能來做功呢？
從開始加熱到塞子彈出的整個(gè)過程中，能量是如何轉(zhuǎn)化的？
燃料的化學(xué)能
水蒸氣的內(nèi)能
塞子運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能
燃燒
做功
生產(chǎn)生活中有沒有利用上述原理做功的例子？
資料：目前大多數(shù)現(xiàn)代化的交通工具仍然是依靠熱機(jī)把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來工作的，現(xiàn)代化的火電站、熱電站也同樣是靠熱機(jī)把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
（1）定義
熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。
（2）工作原理
利用燃料燃燒時(shí)放出的熱量，使工作物質(zhì)的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
（3）種類
蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。
二、熱機(jī)
蒸汽機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
汽輪機(jī)
燃?xì)鈬姎獍l(fā)動(dòng)機(jī)
（4）熱機(jī)的效率
熱機(jī)做出的有用機(jī)械功的那部分能量跟燃料完全燃燒所放出的能量之比叫做熱機(jī)的效率。
汽油機(jī)：20％～30％
柴油機(jī)：28％～40％蒸汽機(jī)：6％～15％
熱機(jī)的能流圖
廢氣內(nèi)能
有用機(jī)械能
散熱損失
機(jī)械損失
燃?xì)鈨?nèi)能
二、熱機(jī)
二、熱機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
定義：燃料直接在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī)
常見的內(nèi)燃機(jī)：
汽油機(jī)：工作物質(zhì)為汽油
柴油機(jī)：工作物質(zhì)為柴油
——汽油機(jī)
二、熱機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
汽油機(jī)結(jié)構(gòu)
火花塞
氣缸
進(jìn)氣門
活塞
連桿
排氣門
曲軸
——汽油機(jī)
二、熱機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
汽油機(jī)工作流程
活塞在汽缸內(nèi)向上或向下移動(dòng)一次叫做內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)沖程。
吸氣沖程
壓縮沖程
做功沖程
排氣沖程
——汽油機(jī)
二、熱機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
汽油和空氣混合物
氣門開口活塞向下
①吸氣沖程
進(jìn)氣門打開
排氣門關(guān)閉
當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞向下移動(dòng)時(shí)，汽油和空氣混合物經(jīng)進(jìn)氣閥被吸入汽缸。
——汽油機(jī)
二、熱機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
②壓縮沖程
進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉
油氣混合物隨著活塞上移被壓縮，壓強(qiáng)增大，溫度升高。當(dāng)活塞接近汽缸頂部的瞬間，火花塞點(diǎn)火。
氣門閉合活塞向上
——汽油機(jī)
二、熱機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
③做功沖程
在壓縮沖程未尾，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓俅瓮苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。
氣門閉合活塞向下
火花塞噴火
——汽油機(jī)
二、熱機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
④排氣沖程
進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上運(yùn)動(dòng)，把廢氣排出氣缸。
氣門打開活塞向上
——汽油機(jī)
二、熱機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
汽油機(jī)工作特點(diǎn)：
四個(gè)沖程中的能量轉(zhuǎn)化：
壓縮沖程：機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;
做功沖程：內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。
四個(gè)沖程，一次循環(huán)，
曲軸兩圈，一次做功。
除做功沖程外，
其余三個(gè)沖程靠飛輪慣性完成
柴油機(jī)和汽油機(jī)一樣嗎？
噴油嘴
進(jìn)氣門
活塞
連桿
排氣門
氣缸
曲軸
汽油機(jī)（對(duì)比）
——柴油機(jī)
二、熱機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
柴油機(jī)結(jié)構(gòu)
點(diǎn)燃
壓燃
壓縮比1/12~1/20
壓縮比1/6~1/9
空氣
①吸氣沖程
進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞由上端向下端運(yùn)動(dòng)將空氣吸進(jìn)氣缸。
②壓縮沖程
進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，活塞把空氣壓縮得很小，空氣的壓強(qiáng)更大，溫度更高。在壓縮沖程末，缸內(nèi)空氣溫度已超過柴油的著火點(diǎn)。
——柴油機(jī)
二、熱機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
柴油機(jī)
工作流程
③做功沖程
壓縮沖程末，從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣立即猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
燃燒后的廢氣
進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上運(yùn)動(dòng)把廢氣排出氣缸。
④排氣沖程
——柴油機(jī)
二、熱機(jī)
內(nèi)燃機(jī)
柴油機(jī)
工作流程
汽油機(jī)和柴油機(jī)的相同點(diǎn)
1、基本構(gòu)造和主要部件的作用相似。
2、每個(gè)工件循環(huán)都經(jīng)歷四個(gè)沖程：
吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。
3、四個(gè)沖程中，只有做功沖程對(duì)外做功，
其余三個(gè)沖程靠飛輪慣性完成。
4、一個(gè)工作沖程中，活塞往復(fù)兩次，
飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，做功一次。
1、構(gòu)造不同：汽油機(jī)氣缸頂有火花塞，
而柴油機(jī)氣缸頂部有噴油嘴。
2、燃料不同：汽油機(jī)的燃料是汽油，
而柴油機(jī)的燃料是柴油。
3、吸氣不同：汽油機(jī)吸進(jìn)汽油和空氣的混合氣體，
柴油機(jī)只吸進(jìn)空氣。
4、點(diǎn)火不同：汽油機(jī)屬點(diǎn)燃式點(diǎn)火，
柴油機(jī)屬壓燃式點(diǎn)火。
汽油機(jī)和柴油機(jī)的相同點(diǎn)
噴嘴
廢氣
燃燒室
渦輪泵
液氧
液氫
氣體發(fā)生器
冷卻管
高溫廢氣
渦輪
二、熱機(jī)
火箭結(jié)構(gòu)
——火箭
1.火箭是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的簡稱。
2.火箭是一種新型的熱機(jī)。
3.火箭是發(fā)射人造衛(wèi)星和宇宙飛船的動(dòng)力裝置。
4.火箭發(fā)動(dòng)機(jī)必須自帶氧化劑。
5.火箭的工作原理：利用反沖作用動(dòng)力。
二、熱機(jī)
——火箭
二、熱機(jī)
——火箭
閱讀P156-157長征火箭：
了解我國火箭發(fā)展歷史

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