資源簡介

(共22張PPT)
第十四章 內能與熱機
跨學科：熱機效率和環境保護
第四節
觀察與思考
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。從原始人類學會用火的那天起，人們利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？燃料的燃燒對環境又會造成那些影響呢？
學習目標
能利用熱值表和相關公式進行計算。（重、難點）
02
知道熱值的概念、單位及其物理意義。（重點）
01
了解熱機效率并能進行相關計算。（重、難點）
03
知道提高熱機效率與環境保護的關聯及意義。
04
你知道自己家里一個月的燃料消耗量和費用嗎？
一個四口之家使用某種燃料時的月消耗量。柴：約200kg；液化石油氣：約30kg；家用煤（蜂窩煤）：約90kg。
一、燃料的熱值
觀察與思考
煤、石油、天然氣在燃燒時都會釋放能量，但它們釋放能量的能力是否相同呢？
研究可知，不同燃料燃燒釋放的熱量是不同的。人們把某種
燃料完全燃燒釋放出的熱量與所用燃料的質量之比叫做這種
燃料的熱值。
熱值用字母q表示，在國際單位制中，熱值的單位是J/kg。
一、燃料的熱值
熱值的概念、單位
如何計算某種燃料的熱值呢？
Q：燃料完全燃燒釋放的熱量
m：燃料的質量
q：燃料的熱值
一、燃料的熱值
熱值的計算
熱值的定義式： 。
Q
m
q ＝
如果是氣體燃料，則熱值的計算公式是 ，其中體積V的單位是m3，熱值q的單位是J/m3。
Q
V
q ＝
已知柴油的熱值q柴油=4.3×107J/kg，現有質量m=4kg的柴油。求4kg的柴油完全燃燒釋放的熱量。
一、燃料的熱值
例題
解：由熱值的定義式 可知， 4kg的柴油完全燃燒放出的熱量Q放=mq=4kg×4.3×107J/kg =1.72×108J，即4kg的柴油完全燃燒釋放的熱量為1.72×108J。
Q
m
q ＝
觀察熱值表，你有哪些發現？
一、燃料的熱值
熱值表
1.哪種燃料的熱值最大？它表示的物理意義是什么？
在熱值表中，氫的熱值最大，為1.4×108J/kg；該熱值表示的物理意義是1kg的氫完全燃燒放出的熱量是1.4×108J。
2.干木柴的熱值是多大？5kg的干木柴用掉一半，剩余木柴
的熱值是多少？
干木柴的熱值是1.2×107J/kg，5kg的干木柴用掉一半，剩余干木柴的熱值仍是1.2×107J/kg。
一、燃料的熱值
熱值是燃料的一種特性，不同燃料的熱值一般不同。
熱值的大小只與燃料的種類有關，與燃料的形態、質量、體積、是否完全燃燒均無關。
一、燃料的熱值
小結
熱機工作時，能不能將燃料所蘊藏的化學能全部用來對外做有用功呢？
熱機燃料的能量走向示意圖
部分燃料未
完全燃燒
克服摩擦
消耗能量
廢氣排出
帶走能量
機械傳熱
損失能量
轉化為對外做
有用功的能量
二、熱機的效率
觀察與思考
熱機運轉中，對外做的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 表示，即
二、熱機的效率
熱機效率的概念
熱機的效率能否達到100％？
不能達到100%，因為熱機中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃燒所放出的能量的一部分。
怎樣提高熱機效率？
提高熱機的效率主要途徑是減少熱機各種能量損失。
具體措施為：（1）使燃料盡可能完全燃燒(煤粉、鼓風)；（2）減小機械摩擦（選用優良潤滑油）；（3）盡量簡化機械傳動部分（三角旋轉式發動機）。
二、熱機的效率
熱機效率的理解與提高
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%
二、熱機的效率
常見熱機的效率
二、熱機的效率
[拓展]能量守恒定律與“永動機”
大量的研究表明，自然界的能量是守恒的，科學家們將研究的結果概括為能量守恒定律，即能量既不會消滅，也不會創生，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到其他物體，而能的總量保持不變。從能量守恒定律看，機械并不能創生能量，我們無法制造出既不消耗能量又能對外做功的裝置。因此“永動機”是不可能存在的。
熱機使用加快了人類文明的進程，但也帶來了環境污染問題：
三、環境保護
（1）改進燃燒設備時加裝消煙除塵裝置；
（2）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。
保護環境的方法：
三、環境保護
課堂小結
跨學科：熱機效率與環境保護
環境保護
熱值
熱機效率
燃料完全燃燒所釋放的熱量與所用燃料的質量之比，用q表示，單位是 J/kg或 J/m3
定義式： 或
Q
m
q ＝
Q
V
q ＝
有用功與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值，用η表示
η 總是小于1，“永動機”不可能存在
C
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
課堂練習
2.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·℃)。
解：完全燃燒0.7 kg干木柴能放出的熱量Q = 1.2×107 J/kg×0.7 kg = 8.4×106 J。
這些熱量全部被水吸收，能加熱水的質量
m =
Q
c(t -t0)
8.4×106 J
4.2×103 J/(kg·℃)×(70 ℃-20 ℃)
=
= 40 kg。
課堂練習
3. 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，有利于環保減排
C D
課堂練習
4．一臺內燃機運行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％，則內燃機的熱機效率為__________。
35%
課堂練習

展開更多......

收起↑