資源簡介

(共31張PPT)
14.3 熱機的效率
第十四章
內能的利用
為什么發射火箭上天要用氫做燃料？用汽油或酒精不好嗎？
液態氫氣儲罐
人類在原始社會就知道燃燒柴薪來取暖、燒飯。在現代社會，人類所用的能量很大一部分依然是從燃料的燃燒中獲得的。
1）.定義：能夠燃燒的物質叫做燃料
1.燃料
知識點一 燃料的熱值
固體燃料
液體燃料
氣體燃料
2）.燃料的分類
木材、煤、秸稈等
汽油、柴油、酒精等
煤氣、天然氣、氫氣等
（按狀態）
3).燃料燃燒時能量的轉化：
根據你的經驗，相同質量的不同燃料，燃燒時放出的熱量是不是相同？要找出事實來支持你的觀點，并進行分析。
在燃燒過程中，燃料的化學能轉化為內能。
答：相同質量的不同燃料,燃燒時放出的熱量一般是不同的。在家中燒水時,燒開同樣一壺水需要木柴的質量很多,而用煤氣的質量卻很少,這個現象說明燃燒放出相同的熱量時所用木柴的質量比所用煤氣的質量大,從另一方面也說明相同質量的木柴和煤氣燃燒時放出的熱量是不同的。
（1）定義：
某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量（氣體為體積）之比，叫做這種燃料的熱值。用符號q表示。
（2）物理意義：
（3）定義式：
固體和液體：
氣體：
（4）單位：
氣體燃料：焦每立方米；符號：J/m3
1 kg（氣體為1m ）某種燃料完全燃燒放出的熱量。
固液燃料：焦每千克； 符號：J/kg
2.燃料的熱值
（5）理解：
①“完全燃燒”
燃料燃燒時最多能放出的熱量→燃料完全燃燒時放出的熱量
1kg或1m3的某種燃料，只有在完全燃燒的情況下，放出的熱量才等干按熱值計算出的熱量。
②熱值是燃料的一種特性
它反映了燃料燃燒放出熱量的本領。熱值越大，這種燃料的放熱本領越強。
燃料的熱值與燃料的質量、體積無關，它取決于燃料的種類。
燃料的熱值
請說出你熟悉的燃料的熱值，并說明其物理意義。
燃料的熱值
固體和液體：
氣體：
Q放—完全燃燒發出的熱量—單位：焦耳（J）
m—燃料的質量—單位：千克（kg）
q——燃料的熱值——單位：焦耳每千克（J/kg）
V—燃料的體積—單位：立方米（m3）
燃料燃燒的簡單計算
關于燃料的熱值，下列說法正確的是(　　)
A．燃料的熱值與燃料的燃燒情況有關
B．容易燃燒的燃料，熱值一定大
C．煤的熱值比干木柴的大，煤燃燒放出的熱量比干木燃燒放出的熱量多
D．0.5 kg煤油和1.5 kg煤油的熱值一樣大
D
大山將質量為20 kg的水從25 ℃加熱到75 ℃,求：
[水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃)，天然氣的熱值為3.5×107 J/m3]
(1)這些水吸收的熱量是多少。
(2)若這些熱量由完全燃燒天然氣獲得,則需要燃燒多少立方米天然氣。(不計熱量損失)
解：（1）水吸收的熱量：
=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃) ×20kg×(75 ℃-25 ℃)=4.2×106 J。
（2）若這些熱量由完全燃燒天然氣獲得，則= 4.2×106 J，由燃料燃燒釋放熱量的公式qV 變形得，需要天然氣的體積：
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：
被水吸收的熱量
高溫的煙氣帶走了相當一部分熱量，還有一部分熱量直接散失掉了。
燃料很難完全燃燒
知識點二 熱機的效率
1.燃料的利用率
1)定義 ：
有效利用的熱量與燃料完全燃燒釋放的總熱量之比叫做燃料的利用率。
2)公式：
η=
Q有效
Q放
Х100%
②減少熱量散失，如加大受熱面積，爐具使用保溫材料等。
3)提高燃料利用率的途徑：
①盡可能使燃料充分燃燒，例如把煤磨成煤粉或煤粒，把空氣吹進爐膛等。
燃氣熱水器的優點是加熱快、熱效率高。某品牌燃氣熱水器采用天然氣做燃料，當只有該熱水器工作時，把50kg的水從20℃加熱到60℃，消耗天然氣0.2m3，已知水的比熱容4.2×103J/（kg ℃）。天然氣的熱值為7.0×107J/m3，試求：
（1）此過程中，水吸收的熱量是多少？
（2）該熱水器本次加熱的效率是多少？
解：（1）此過程中水吸收的熱量為
（2）天然氣完全燃燒放出的熱量為
該熱水器的加熱效率為
答：（1）此過程中，水吸收的熱量為8.4×106J；
（2）該熱水器本次加熱的效率是60%。
（1）定義：
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。
（2）公式：
2.熱機的效率
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%
常見熱機的效率
①設法利用廢氣的能量
熱電站既供電又供熱，比起一般的火電站，燃料的利用率大大提高。
供電
供熱
蒸汽輪機
大型發電機常常用蒸汽輪機推動，為了提高燃料的利用率，人們利用蒸汽輪機排出的廢氣來供熱，這就是熱電站。
熱電站
（3）提高熱機效率的方法
②減少機械摩擦，保證良好的潤滑，減少因克服機械摩擦阻力而額外消耗的能量，同時延長了熱機的使用壽命。
③盡量使燃料充分燃燒。例如把煤磨成煤粉或煤粒，加大與氧氣的接觸面積。
關于熱機效率。下列說法中正確的是（ ）
A、熱機的效率越高，即熱機做的有用功越多
B、熱機的效率越高，即熱機的功率越大
C、要提高熱機的效率，就要盡量減少各種能量損失，并且要保證良好的潤滑
D、只要換熱值大的燃料就可以提高熱機的效率。
C
（2024 日照）有一種小型單缸四沖程汽油機，每個工作循環做功500J，曲軸的轉速是300r/min，每分鐘消耗汽油5g。則該內燃機的功率是 　　W，機械效率是 　　 。
1250
32.6%
定義：
某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比
定義式：
固液：
氣體：
單位：
氣體：J/m3
物理意義：
1 kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。
固液：J/kg
熱
值
定義：
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
公式：
提高
熱機效率
的途徑
熱
機
效
率
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，合理調整運動零件之間的間隙，減少因克服摩擦而額外消耗的能量。
熱
機
的
效
率
1.下列關于熱值的說法中正確的是 (　　)
A.燃料燃燒越充分,熱值越大
B.2 kg的煤完全燃燒比1 kg的煤完全燃燒時的熱值大
C.1 kg煤燃燒放出3×105 J的熱量,則煤的熱值為3×105 J/kg
D.熱值是燃料的一種特性,與燃料的質量無關,不同的燃料熱值一般不同
D
2. 為節約能源，需提高熱機的效率，下列措施中能提高熱機效率的是 (　　)
A.使燃料燃燒不充分
B.增大熱機部件間的摩擦
C.盡量減少廢氣帶走的熱量
D.盡量增加熱機的工作時間
C
3. 某種燃料　　　　燃燒時放出的熱量與其質量之比，叫做這種燃料的熱值。汽油的熱值是4.6×107 J/kg，它的物理意義是　　　　汽油完全燃燒，放出的熱量是　　　　　。若完全燃燒2 kg的汽油,可以放出　　　　 J的熱量。
完全　
1 kg
4.6×107 J
9.2×107
4. 如圖所示是內燃機的能量流向圖，根據圖中給出的信息，該內燃機的效率為　　　。已知汽油的熱值是4.6×107 J/kg，完全燃燒0.5 kg的汽油，按該內燃機的工作效率計算，該汽車獲得的機械能是　　　　J。

30%
6.9×106
5. （2024 山西）山西擁有豐富的歷史文化遺產。暑假期間小明一家從平遙古城自駕前往五臺山，進行古建筑研學旅行。平遙古城到五臺山全程約360km，駕車前往大約需要4h。（汽油的熱值q取4.5×107J/kg，汽油的密度ρ取0.8×103kg/m3）
（1）求汽車的平均速度。
（2）汽車全程消耗汽油25L，求汽油完全燃燒放出的熱量Q。
（3）若汽車發動機全程的平均功率為25kW，求汽車發動機的效率。
解：
（1）汽車平均速度為： 。
（2）消耗汽油的質量為：m＝ρV＝25L×0.8×103kg/m3＝20kg；
燃燒釋放的熱量為：Q＝qm＝4.5×107J/kg×20kg＝9×108J。
（3）汽車發動機做的機械功為：
W＝Pt＝25×103W×4×3600s＝3.6×108J；
發動機的機械效率為：

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