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热机
第七章 内能
我们生命活动、生产生活的能量来自于哪里？
生命活动
主要的供能物质
糖类
主要的储能物质
脂肪
摄取
摄取
动物
植物
摄取
光合作用
太阳能
化学能
化学能
化学能
生产生活
煤、石油、天然气等
转变
古代动植物遗体
摄取和转变
古代植物
光合作用
化学能
化学能
化学能
回顾：
食物和燃料都具有化学能！
食物
消化吸收
呼吸作用
部分内能
部分其他形式的能
脂肪在细胞中是贮能物质，其氧化产生的能量约为等质量糖氧化产生能量的两倍。
燃料
燃烧
周围物体增加的内能
相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量一样吗？
（1）定义
（2）单位
（3）意义
一、热值
1 kg某种燃料完全燃烧时放出的热量，
叫做这种燃料的热值，用q表示。
焦/千克，符号为J/kg。
热值反映了燃料燃烧特性，即不同燃料在燃烧过程中化学能转化为内能的本领大小。
热值只与燃料种类有关，与其他因素无关。
例：汽油的热值4.6×107 J/kg，其物理意义是？
1kg汽油完全燃烧时放出的热量是4.6×107J
一些燃料的热值（单位：J/kg）
干木柴 1.2×107 柴油 4.3×107
烟煤 约2.9×107 煤油 4.6×107
无烟煤 约3.4×107 汽油 4.6×107
焦炭 3.0×107 天然气 8.4×107
木炭 3.4×107 煤气 4.2×107
酒精 3.0×107 氢气 14.3×107
思考：为什么火箭用的燃料是氢气而不是汽油？
（4）燃料完全燃烧释放的热量计算
一、热值
公式：
Q放=mq
燃料燃烧放出的热量：单位J
燃料质量：单位 kg
燃料热值：单位J/千克
燃料燃烧放热其实就是化学能转化为内能的过程。
例1：把质量为2kg，温度为25℃的水加热到100℃，
需要完全燃烧多少酒精？
解： 2kg水温度升高吸收的热量为：
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实际上燃料很难完全燃烧，因此放出的热量往往少于根据热值计算出的热量
②燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。
“理想状态下”
一、热值
例2：把质量为2kg，温度为25℃的水加热到100℃，
需要完全燃烧多少酒精？(q酒精=3.0×107 J/kg，
假设酒精燃烧释放的热量20%被水吸收)
m=
Q放
q酒精
=
=0.105kg
一、热值
解： 2kg水温度升高吸收的热量为：
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
完全燃烧
不完全燃烧
化学能浪费
化学能
内能
热量被其他物质吸收
热量散失到空气
利用内能来加热
（热传递、能量转移）
利用内能来做功
（做功、能量转化）
内能的利用
回顾：怎样利用内能来做功呢？
从开始加热到塞子弹出的整个过程中，能量是如何转化的？
燃料的化学能
水蒸气的内能
塞子运动的机械能
燃烧
做功
生产生活中有没有利用上述原理做功的例子？
资料：目前大多数现代化的交通工具仍然是依靠热机把内能转化为机械能来工作的，现代化的火电站、热电站也同样是靠热机把内能转化为机械能，然后带动发电机发电。
（1）定义
热机是把内能转化为机械能的机器。
（2）工作原理
利用燃料燃烧时放出的热量，使工作物质的内能转化为机械能。
（3）种类
蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
二、热机
蒸汽机
内燃机
汽轮机
燃气喷气发动机
（4）热机的效率
热机做出的有用机械功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量之比叫做热机的效率。
汽油机：20％～30％
柴油机：28％～40％蒸汽机：6％～15％
热机的能流图
废气内能
有用机械能
散热损失
机械损失
燃气内能
二、热机
二、热机
内燃机
定义：燃料直接在气缸内燃烧产生动力的热机
常见的内燃机：
汽油机：工作物质为汽油
柴油机：工作物质为柴油
——汽油机
二、热机
内燃机
汽油机结构
火花塞
气缸
进气门
活塞
连杆
排气门
曲轴
——汽油机
二、热机
内燃机
汽油机工作流程
活塞在汽缸内向上或向下移动一次叫做内燃机的一个冲程。
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
——汽油机
二、热机
内燃机
汽油和空气混合物
气门开口活塞向下
①吸气冲程
进气门打开
排气门关闭
当曲轴转动带动活塞向下移动时，汽油和空气混合物经进气阀被吸入汽缸。
——汽油机
二、热机
内燃机
②压缩冲程
进气门和排气门都关闭
油气混合物随着活塞上移被压缩，压强增大，温度升高。当活塞接近汽缸顶部的瞬间，火花塞点火。
气门闭合活塞向上
——汽油机
二、热机
内燃机
③做功冲程
在压缩冲程未尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，再次推动活塞向下运动，带动曲轴旋转。
气门闭合活塞向下
火花塞喷火
——汽油机
二、热机
内燃机
④排气冲程
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
气门打开活塞向上
——汽油机
二、热机
内燃机
汽油机工作特点：
四个冲程中的能量转化：
压缩冲程：机械能转化成内能;
做功冲程：内能转化成机械能。
四个冲程，一次循环，
曲轴两圈，一次做功。
除做功冲程外，
其余三个冲程靠飞轮惯性完成
柴油机和汽油机一样吗？
喷油嘴
进气门
活塞
连杆
排气门
气缸
曲轴
汽油机（对比）
——柴油机
二、热机
内燃机
柴油机结构
点燃
压燃
压缩比1/12~1/20
压缩比1/6~1/9
空气
①吸气冲程
进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动将空气吸进气缸。
②压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。
——柴油机
二、热机
内燃机
柴油机
工作流程
③做功冲程
压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
燃烧后的废气
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动把废气排出气缸。
④排气冲程
——柴油机
二、热机
内燃机
柴油机
工作流程
汽油机和柴油机的相同点
1、基本构造和主要部件的作用相似。
2、每个工件循环都经历四个冲程：
吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
3、四个冲程中，只有做功冲程对外做功，
其余三个冲程靠飞轮惯性完成。
4、一个工作冲程中，活塞往复两次，
飞轮转动两周，做功一次。
1、构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，
而柴油机气缸顶部有喷油嘴。
2、燃料不同：汽油机的燃料是汽油，
而柴油机的燃料是柴油。
3、吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，
柴油机只吸进空气。
4、点火不同：汽油机属点燃式点火，
柴油机属压燃式点火。
汽油机和柴油机的相同点
喷嘴
废气
燃烧室
涡轮泵
液氧
液氢
气体发生器
冷却管
高温废气
涡轮
二、热机
火箭结构
——火箭
1.火箭是火箭发动机的简称。
2.火箭是一种新型的热机。
3.火箭是发射人造卫星和宇宙飞船的动力装置。
4.火箭发动机必须自带氧化剂。
5.火箭的工作原理：利用反冲作用动力。
二、热机
——火箭
二、热机
——火箭
阅读P156-157长征火箭：
了解我国火箭发展历史
