2020－2021学年沪科版九年级13.4 热机效率和环境保护

第四节 热机效率和环境保护 情境导入 人类利用的能量主要是从燃料燃烧中获得的内能。 它们都离不开燃料！ 探究新知 常见的燃料： 固体燃料 液体燃料 气体燃料 煤、木材、桔梗等 汽油、酒精等 煤气、天然气等 燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程。 想想议议： 不同燃料的放热本领相同吗？怎么比较它们谁的放热本领强呢？ 经验与科学研究告诉我们：不同燃料燃烧释放出能量的能力是不同的。 燃料的热值 定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值，用字母q表示。 单位：J/Kg 或 J/m3（气体） 物理意义：表示“单位质量(体积)的某种燃料完全燃烧放出能量(热量)的多少”。 因此，质量为m的燃料完全燃烧释放的热量 Q=mq 燃料的质量 燃料的热值 定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值，用字母q表示。 燃料的热值 注意： （1）热值定义中：注意“必须完全燃烧”； （2）热值是燃料的重要特性，反映燃料燃烧时化学能转化为内能的本领的大小。只与燃料的种类有关，与质量和是否完全燃烧无关。 常见燃料的热值 说说“烟煤” 、“液化石油气”的热值表示的意义？ 干木柴的热值为1.2×107J/Kg，表示1千克的干木材完全燃烧放出的热量为1.2×107J。 物质 热值q/(J·kg-1) 干木柴 1.2×107 烟煤 2.9×107 无烟煤 3.4×107 焦炭 3.0×107 木炭 3.4×107 物质 热值q/(J·kg-1) 酒精 3.0×107 柴油 4.3×107 汽油 4.6×107 煤油 4.6×107 原油 4.4×107 物质 热值q/(J·kg-1) 氢气 1.4×108 天然气 3.3×107~4.5×107 液化石 油气 4.9×107 煤气 1.8×107 * 想想议议： 为什么发射火箭上天要用氢做燃料？ 例题*：计算4kg的柴油完全燃烧释放的热量。 已知：q=4.3×107J/kg，m=4kg。 求：Q。 解：Q=mq = 4kg×4.3×107J/kg = 1.72×108J。 答：4kg的柴油完全燃烧释放的热量为1.72×108J。 例题*：在1个标准大气压下，将5kg、40℃的水烧开，需要完全燃烧多少千克的干木柴？（已知干木柴的燃烧值为1.2×107J/kg，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收） 分析：利用吸热公式Q吸=cm(t-t0)可以算出将水烧开要吸收多少热量，（解题时应注意在1个标准大气压下，水的沸点是100℃，即水烧开时的温度为100℃），再利用Q吸=Q放和燃料的燃烧值求干木柴的质量。 解：Q吸=cm(t2－t1) = 4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃－40℃) = 1.26×106J。 因为Q吸=Q放=1.26×106J， 所以干木柴的质量 热机效率 热机工作时，能不能将燃料所含有的化学能全部用来对外做有用功呢？ 热机工作时，并不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功，有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了。 热机燃料的能量走向示意图 热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。 公式： 用来描述热机的性能，是热机性能的重要指标。由于热机在工作过程中总有能量损失，热机的效率总小于1。 点击播放视频 一些热机的效率 如何提高热机的效率？ 蒸汽机 4%~8% 燃汽轮机 50%~60% 蒸汽轮机 25%~30% 汽油机 26%~40% 柴油机 34%~45% 喷气发动机 50%~60% 提高热机效率的途径和措施： （1）提高热机效率的主要途径是减少热机工作中的各种能量损失。 （2）提高热机效率的主要措施是： ①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧； ②尽量减少各种热量散失； ③使用时注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩 擦而额外消耗的能量。 环境保护 热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题： 1.大气污染 热机工作时排放的大量氮氧化物、碳氧化物、铅等是大气污染的主要来源，直接危害人体健康，影响农作物的生长。 酸雨对森林的破坏 酸雨对雕像的破坏 2.噪声污染 大量由热机作动力的机器工作时产生的噪声，影响人类的正常生活，甚至危害人体健康。 3.热污染 热机排出的二氧化碳，引起“温室效应”，热机产生的废气和冷却水带走的热量，成为“热岛效应”的元凶之一。 保护环境的措施： ①研究和开发低能耗、污染小的高性能热机； ②改进燃