資源簡介

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熱機的效率
第十四章 第２節
生活中我們從哪里可以獲得內能？
燃料燃燒的過程是化學能轉變為內能的過程。
預習思考題（P22-P24）
1、燃料燃燒時能量如何轉化？為什么現在人們普遍燒天然氣而很少燒木柴做飯？
2、什么叫做熱值？它的單位是什么？
3、木炭的熱值是 3.4×107J/kg，表示什么意思？完全燃燒100克木炭放出多少熱量？
4、煤氣的熱值是3.9×107J/m3，表示什么意思？完全燃燒2m3的煤氣放出多少熱量？
5、從熱值的表格中，你發現哪種燃料的熱值最大？熱值的大小跟什么因素有關？
6、什么叫做熱機的效率？汽油機和柴油機誰的效率高？提高熱機效率的途徑有哪些？
柴火
煤炭
石油
天然氣
從哪里獲得內能？　
預習思考題（P22-P24）
1、燃料燃燒時能量如何轉化？為什么現在人們普遍燒天然氣而很少燒木柴做飯？
2、什么叫做熱值？它的單位是什么？
3、木炭的熱值是 3.4×107J/kg，表示什么意思？完全燃燒100克木炭放出多少熱量？
4、煤氣的熱值是3.9×107J/m3，表示什么意思？完全燃燒2m3的煤氣放出多少熱量？
5、從熱值的表格中，你發現哪種燃料的熱值最大？熱值的大小跟什么因素有關？
6、什么叫做熱機的效率？汽油機和柴油機誰的效率高？提高熱機效率的途徑有哪些？
思考1：我們要燒開同一壺水，現有三種燃料：干草、煤炭、 天然氣，所用燃料的量相同嗎？用哪種燃料用量最少？
思考2：為什么提供相同的能量，不同燃料所需的量不同？
質量相等的不同燃料在完全燃燒時所放出能量的本領不同。我們用熱值這個概念來表示燃料放出熱量的本領。
（1）某種燃料完全燃燒放出的熱量Q與其質量m 之比，叫作這種燃料的熱值。
（4）物理意義：熱值在數值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。
熱值
（2）燃料的熱值用q表示，熱值的單位是J/kg.
q的單位：J/kg
Q的單位：J
m的單位：kg
（3）定義式：
氣體燃料q的單位：J/m3
為什么我國“長征3號”火箭用的燃料是液態氫，而不是汽油？
3、從熱值的表格中，你發現哪種燃料的熱值最大？熱值的大小跟什么因素有關？
氫氣的熱值最大。
燃料的熱值是燃料的特性，只跟燃料的種類有關，跟燃料的質量、體積、是否燃燒、是否完全燃燒均無關。
氫氣的熱值最大。
4、木炭的熱值是 3.4×107J/kg，表示什么意思？120克木炭燃燒時中心20克沒有燒到，則木炭燃燒時放出的熱量是多少焦？
1kg木炭完全燃燒放出的熱量是3.4×107J
5、煤氣的熱值是3.9×107J/m3，表示什么意思？完全燃燒2m3的煤氣放出多少熱量？
1m3煤氣完全燃燒放出的熱量是3.9×107J
物理量 決定物理量大小的因素
比熱容
熱傳遞中的吸放熱Q
熱值
燃燒過程中的放熱
易混點
是物質的特性，決定于物質的種類和物質的狀態。
由Q=cmΔt可知，熱傳遞中吸放熱的多少與比熱、質量、溫度的變化量有關。
是燃料的特性，決定于物質的種類。
由Q放=mq可知，燃料燃燒時產生的熱量大小取決于燃料的質量、熱值，以及是否完全燃燒。
　　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？
無用的機械能
想一想
燃氣內能
損失的內能
有用的機械能
燃料釋放的熱量（100%）
廢氣（33%~35%）
冷卻水（30%~32%）
輸出有用功
（25%~30%）
100%
發動機風扇（10%）
克服車輪阻力（17%）
克服空氣阻力（42%）
克服爬坡阻力（17%）
汽車內燃機的能量流向
6、什么叫做熱機的效率？
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。
思考：
一臺內燃機運動時各種能量損耗大致為：氣缸散熱損失占25%，廢氣帶走的能量占30%，摩擦等機械損耗占10%，則它的熱機效率為 。
35%
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%
7、提高熱機效率的途徑有哪些？
（1）讓燃料充分燃燒
（2）減小機械間摩擦
（3）減少各種熱量損失
熱機的效率（二）：計算
例題一
用酒精燈給2kg的水加熱，當水的溫度從20℃升高到100℃時，共耗去酒精0.04kg。求：
（1）水吸收的熱量；
（2）酒精完全燃燒放出的熱量；
（3）爐子的效率。（已知酒精的熱值q=3．0×107J／kg ）
（1）Q吸=cmΔt=4.2x103J/(kg·℃) x 2kg x 80℃=6.72x105J
（2）Q放=mq=0.04kg x 3.0x107J/kg=1.2x106J
解：
答：水吸收了6.72x105J熱量；酒精完全燃燒放出1.2x106J熱量；
爐子熱機效率為56%。
（3）
練習一
天然氣灶燒水，燃燒0.5m3的天然氣，使100kg的水從20℃升高到70℃。已知水的比熱容為c=4 .2×103J/（kg ℃），天然氣的熱值為q=7.0×107J/m3。求：
（1）0.5m3天然氣完全燃燒放出的熱量Q放；
（2）水吸收的熱量Q吸；
（3）燃氣灶的效率η。
（2）Q吸=cmΔt=4.2x103J/(kg·℃) x 100kg x （70℃-20℃）
=2.1x107J
（1）Q放=Vq=0.5m3 x 7.0x107J/kg=3.5x107J
解：
答：天然氣完全燃燒放出3.5x107J熱量；水吸收了2.1x107J熱量；
燃氣灶熱機效率為60%。
（3）
例題二
有一家大型的特種專用汽車生產基地，該廠某型號專用車在車型測試中，在一段平直的公路上勻速行駛，汽車做了1.68×107J有用功，消耗燃油1.2kg（假設燃油完全燃燒）。若燃油的熱值q＝4×107J/kg，求：
（1）燃油完全燃燒放出的熱量是多少J？
（2）該專用車的熱機效率是多少？
解：
答：燃油完全燃燒放出的熱量是多少4.8×107J，
該專用車的熱機效率是35%
（1）Q放=mq=1.2kg × 4×107J/kg=4.8×107J
（2）
例題三
在1標準大氣壓下，“可燃冰”的熱值是6.3×109J/m3，水的比熱容為4.2×103J/（kg ℃）。求：
（1）完全燃燒60L的“可燃冰”放出的熱量是多少？
（2）若這些熱量的10％被水吸收，可以將質量為1t、初溫為 20℃的水升高多少℃？
解：
答：完全燃燒60L的“可燃冰”放出的熱量是3.78×108J，水升高9℃
（1）V=60L=60dm3=0.06m3
Q放=Vq=0.06m3×6.3×109J/m3=3.78×108J
（2）
m=1t=1000kg
練習三
已知焦炭的熱值為3．0×107J／kg，天然氣的熱值為q=7.0×107J/m3。求：
（1）完全燃燒0.14kg焦炭能放出多少熱量
（2）若這些熱量的30％被水吸收，則能使30kg 、20℃的水 溫升高到多少
解：
答：完全燃燒0.14kg焦炭能放出4.2×106J熱量，水升高到30℃
（1）Q放=mq=0.14kg × 3.0×107J/kg=4.2×106J
（2）
t=t0+Δt=20℃+10℃=30℃
例題四
每到夏收季節，農村大量農作物秸稈在田間被隨意焚燒，這不僅造成資源浪費、環境污染，而且極易引發火災等。為解決這一問題，現已研制出利用秸稈生產的節能環保型燃料——稈漿煤。若燃燒稈漿煤，使50kg、20℃的水溫度升高到80℃。（稈漿煤的熱值為2.4×107J/kg）
求：（1）水需要吸收的熱量？
（2）如果稈漿煤燃燒釋放的熱量有30%被水吸收，需要 完全燃燒多少千克稈漿煤？
（1）Q吸=cmΔt=4.2x103J/(kg·℃) x 50kg x （80℃-20℃）
=1.26x107J
解：
答：水需要吸收1.26x107J熱量；需要完全燃燒1.75kg稈漿煤
（2）
練習四
2020年11月24日，搭載“嫦娥五號”月球探測器的長征五號火箭成功發射升空，鈹是一種高效率的火箭燃料，鈹在燃燒時能釋放出巨大的能量。[已知c水＝4.2×103J/（kg.℃），q鈹＝6.3×107J/kg]求：
（1）加熱900kg的水，使其溫度升高50℃，水需要吸收多少 熱量？
（2）若用鈹燃燒來加熱這些水，爐子的效率為60%，求需要 燃燒多少kg的鈹？
（1）Q吸=cmΔt=4.2x103J/(kg·℃) x 900kg x 50℃=1.89x108J
解：
答：水需要吸收1.89x108J熱量；需要完全燃燒5kg鈹
（2）

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