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第十四章 内能的利用
14.2 热机的效率
思考
日常生活中常用到的燃料有哪些？
常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，农村还用草木等植物的秸杆作燃料。
固体燃料：煤炭、木柴等
液体燃料：汽油、柴油等
气体燃料：煤气、液化石油气等
燃料的分类
一、热值
燃料燃烧时，会释放热量，燃烧过程是化学能转变为内能的过程。
在物理学中，把某种燃料完全燃烧时所放出的热量与其质量之比叫做燃料的热值q=Q放/m。
1、热值的概念
不同的燃料，即使质量相同，完全燃烧放出的热量也是不同的，这个特性可以用热值（q）表示．
一、热值
热值的符号：q
单位：J/kg（固体和液体燃料）
J/m3（气体燃料）
热值是反映燃料燃烧时化学能车化为内能的本领的大小的物理量，同种燃料的热值与燃料的质量无关。
热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量
例：液化气的热值为4.9×107J/m3，表示1m3的液化气在完全燃烧时所放出的热量为4.9×107J。
2、热值的理解
一、热值
3、几种燃料的热值
一、热值
4、燃料充分燃烧释放的热量的计算
Q=mq
质量为m的燃料完全燃烧释放的能量是：
Q：燃料完全燃烧释放的能量
ｑ：燃料的热值
ｍ：燃料的质量
例题：把5kg40℃的水烧开，需要完全燃烧多少kg的干木柴？（已知干木柴的燃烧值为1.2×107J/kg，外界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收）
解：Q吸=Cm(t-t0)
=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃-40℃)
=1.26×106J
因为Q吸=Q放=1.26×106J
所以干木柴质量
燃料利用效率图
热机在工作过程中造成能量损失的因素有：
燃料很难全部燃烧；
排出的废气带走能量；
热机部件要散热；
克服运转机件之间的摩擦消耗能量。
二、热机的效率
1、内燃机的热量损失
二、热机的效率
我们将热机有效利用的热量与燃料完全燃烧释放的热量之比叫作热机的效率。
η=Q有/Q放
实际生活中，燃料燃烧时很难充分燃烧，热机有效利用的热量比燃料完全燃烧释放的热量小。
用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧释放出的能量之比叫热机效率。
η=Q吸/Q放
热机的效率都小于1！
2、热机的效率
1、提高燃料利用率：利用废气中的能量；
2、提高燃料利用率的意义：节约能源；减少大气污染
四、提高燃料利用率及意义
三、提高热机的效率
1、使燃料充分燃烧：如增大与空气接触面积，将煤炭磨成粉;
2、尽量减少各种热量损失；
练一练
1、四口之家分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗分别为：木柴约200千克，烟煤约80千克，液化石油气约30千克，煤气约60千克。这四种燃料中的热值最高的是( ）
A、液化石油气 B、煤气
C、烟煤 D、木柴
A
2、航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料的，这是因为液态氢具有（ ）
A、较小的质量 B、较小的密度
C、较大的比热容 D、较大的热值
D
3.甲柴油机的效率比乙柴油机的效率低，这表明：
A、甲的功率小 B、甲做的功少
C、甲消耗的柴油多
D、甲柴油机内能转化为机械能的百分比小
4.关于提高热机效率的途径，下列说法中错误的是：
A、尽量使燃料完全燃烧 B、尽量减少输出功率
C、尽量减小摩擦 D、尽量减少热量损失
√
√
练一练
5.某热机的效率为20％，这表明做100J的有用功时：
A、要消耗20J的燃料内能
B、要向外散失80J的热量
C、要消耗燃烧后能放出500J内能的燃料
D、要消耗80J的燃料内能
√
练一练
6.计算4Kg柴油完全燃烧释放的热量。（q=4.3×107J/Kg ）
解:
Q=mq =4Kg×4.3×107J/Kg=1.72×108 J
练一练
7.有一台柴油机的效率为40％，每小时耗油2kg，则
这台柴油机的功率为多少瓦？
（已知柴油的热值为3.3×107J/kg）
8.某饰品加工厂用酒精喷灯加工饰品，张峰师傅在1min内用去酒精5g，被加工的质量为36g的铜饰品温度从20℃上升到1070 ℃。求：（1）铜饰品吸收的热量是多少？（2）酒精完全燃烧放出的热量是多少？（3）酒精喷灯的效率是多少？
[ C铜=0.39×103J/（kg·℃） ， q酒精=3.0×107J/kg ]
你学会了什么？第十四章 内能的利用
第2节 热机的效率
【目标】
1.从能量转化的角度认识热值，并能进行相关的计算。
2.通过能量的转化与转移，认识效率，能计算热机的效率。
【重点】
1.认识热值，利用热值计算物质燃烧放出的热量。
2.认识热机的效率，计算热机的效率。
3.提高热机效率的途径
【难点】
认识热机的效率，计算热机的效率。
【自学反馈】 1、某种燃料完全燃烧所放出的 ________与____________之比，叫作这种燃料的热值。
2、热值的单位由______与________的单位组合而成，在国际单位制中，热量的单位是 ，质量的单位是 ，所以热值的单位是 ，符号是___________。
3、酒精的热值是3.0×107J/kg，物理意义是：____________________________。
4、对于热机而言，燃料释放的能量一部分用来做功，一部分散失了。用来______的那一部分能量与燃料______________放出的热量之比，叫热机效率。
5、蒸汽机的效率只有__________，汽油机的效率可以达到__________，柴油机的效率可以达到_____________。
6.提高燃料利用率的措施 ， 。
6、设法利用_______________带走的热量，是提高燃料利用率的重要措施。
知识点一、热值（q）
1.定义：把某种燃料完全燃烧释放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值．
另一种表述：1kg的某种燃料完全燃烧所放出的热量叫热值。
2.热值是表示燃料燃烧的特性。燃料的燃烧是一种化学变化，将燃料的化学能转化为内能。
3.单位：J/kg（固体或者液体） J/m3(气体)
4.放热公式：Q放=qm或Q放=qv（其中m是燃料的质量，单位是kg，q是燃料热值，单位是J/kg、J/m3；V是体积，单位是/m3）
特别提醒：（1）热值是燃料的一种性质，与是否燃烧无关，与是否充分燃烧也无关。不同燃料释放热量的能力是不一样的。
（2）热值物理意义：煤气的热值是3.9×107J/m3：1m3的煤油完全燃烧释放的热量是3.9×107J。
无烟煤的热值是3.4×107J/m3：1kg的无烟煤完全燃烧释放的热量是3.4×107J。
（3）要充分利用燃料的能量，需要想法让燃料充分燃烧。如将燃料粉碎，增大氧气含量。
【典例1】关于燃料的热值下列说法正确的是（ ）
A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B．燃料只有在燃烧时才有热值，并且容易燃烧的燃料的热值越大
C．煤的热值比干木柴的大，煤燃烧放出的热量比干木柴放出的热量多
D．0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大
【典例2】根据热值表，计算一下1kg酒精完全燃烧放出多少焦耳的热量？（酒精热值3.0×107J/kg）
若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少干木柴？（干木柴热值1.2×107J/kg）
若用沼气完全燃烧来获得这些热量，需要多少沼气？（沼气热值1.9×107J/m3）
【变式1】讨论火箭升空，为什么往往以液态氢做为燃料？
【变式2】将一瓶酒倒去一半，剩余酒精的（ ）
A.密度不变，比热容和热值减半
B.质量、比热容、热值都为原来的一半
C.比热容不变，热值和密度减半
D.比热容、密度、热值都不变，质量为原来的一半
【变式3】已知干木柴的热值是1.2×107 J/kg，完全燃烧0.7 kg干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20 ℃升高到70 ℃？已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。
【变式4】热值为3.0×107J/kg的焦炭70g完全燃烧时放出的热量为2.1×106J，这些热量若被50kg的某液体完全吸收，其温度由28℃升高38℃，则此液体比热容为多少？
知识点二、热机效率
1、定义：热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。用η表示。
2、公式：（热机损失的能量较多，热机效率都比较低）
3、提高热机效率的主要途径：减少热机各种能量损失
（1）使用上，正确使用、保养，保证良好的润滑；
（2）在设计制造上，不断改进和革新；
（3）调整运动零件之间的间隙得当；
（4）设法利用废气带走的能量。
【典例】一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25％，废气带走的能量占30％，摩擦等机械损耗占10％，则内燃机的热机效率为多少？
【变式1】甲、乙两台汽油机，甲的热机效率比乙高，则下列说法中正确的是（ ）
A．做同样多的有用功，甲用的时间少
B．做同样多的有用功，甲消耗的汽油少
C．在相同时间内，乙消耗的汽油多
D．消耗同样多的汽油，甲做的有用功比乙少
【变式2】一辆无人驾驶汽车在测试时以72km/h的速度，在平直公路上匀速行驶4.5km，消耗汽油1kg，汽油机效率30%，废气带走热量占汽油完全燃烧放出的热量的42%，那么在行驶过程中，求：汽车在上述行驶过程中，发动机的输出功率？（汽油热值4.5×107J/kg）
【变式3】如图时一种手扶式滚刷扫雪机，它能轻巧灵活的清扫道路上的积雪，部分技术参数如下表：
求扫雪机以最大速度扫雪1000m，消耗燃油0.4kg，求扫雪机效率？燃油热值为4×107J/kg
知识拓展：1.电热水器效率 Q电表示消耗的电能
Q吸表示水吸收的能量
2.太阳能热水器 Q太阳能表示获得的太阳能
Q吸表示水吸收的能量
3.炉子的效率 Q放表示燃料完全燃烧放出的热量
Q吸表示水吸收的能量
4汽车效率. W机表示汽车的机械功
W总表示汽车消耗的总能量
【典例1】家用天然气热值为4.2×107J/m3，水比热容4.2×103J/（kg.℃），若某新型天然气灶的烧水效率是45%，完全燃烧0.05m3天然气可让室温下5kg的水温度升高多少？
【典例2】某电热水壶的额定功率为1120W，在额定功率下将1kg水加热80℃需要400s，求（1）水吸收的热量？（2）电热水壶效率？[水比热容4.2×103J/（kg.℃）]
【典例3】太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已经走进了千家万户。如图时某家庭太阳能热水器接收太阳能总有效面积为2m2，1m2面积上1h接收到的太阳能平均为2.52×106J，若阳光照射热水器5h，可以让质量90kg的水温度升高30℃，求太阳能热水器的效率及开发太阳能的优点？[水比热容4.2×103J/（kg.℃）]
【典例4】汽车的百公里油耗常指汽车在平直公路上以90km/h的速度匀速运动100km所消耗的燃油量。某汽车百公里油耗为12L，当它以90km/h的速度在平直公路上匀速运动时，所受阻力为1200N。求：（汽油的热值为4.6×107J/kg，汽油的密度为0.7×103kg/m3）
(1)该汽车在平直公路上以90km/h的速度匀速运动时的功率；
(2)该汽车在平直公路上以90km/h的速度匀速运动时发动机的效率。（最后结果保留3位有效数字）
【变式1】某考察队在标准大气压下，用火炉加热水，已知该火炉的加热效率是3.5%，求需要多少干木柴完全燃烧才能把1kg水从50℃加热至沸腾？
【变式2】小明家用铁皮桶制作简易太阳能热水器，替代燃烧木柴的加热方法，小明观测到某日铁皮桶装满水后，经过一天的太阳光照射，水温从20℃升高到50℃，铁皮桶内水质量60kg。若用燃烧木柴加热，木柴完全燃烧释放的热量28%被桶内水吸收，则当日使用该太阳能热水器可节约多少木柴？[木头热值4.2×107J/kg，水比热容4.2×103J/（kg.℃）]
【变式3】小明搬了新家，用上了管道天然气，他了解到家中唯一的燃气装置——燃气灶效率是60%，最近一个月用了21m3天然气，如果这些热量用来对小轿车做功，已经小轿车对能量的利用率为30%。若以1000N的动力进行牵引，可以让轿车行驶多远？[天然气的热值为4×107J/kg，水比热容4.2×103J/（kg.℃）]
【变式4】汽车已进入百姓家庭，汽车发动机性能的好坏倍受人们关注在汽车发动机的设计过程中，既要考虑能量的有效利用，又要考虑发动机的冷却问题．
为了防止发动机过热，汽车的冷却系统常用水的循环来降低发动机的温度水在冷却系统中温度升高，所吸收的热量是多少？
汽油在汽车发动机汽缸内燃烧30min，可以释放出多少能量假设汽油完全燃烧？若发动机输出的功率为W，则此汽车发动机的效率是多少？汽车发动机效率的计算结果精确到汽油热值为，汽油密度为，水的比热容为
