4.第四讲 热机与热机效率【暑假辅导班】2021年新九年级物理暑假精品课程（沪科版）

内燃机 知识讲堂 热机 如图，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热段时间观察现象。 在这个实验中，然料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气;塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的动能。 这个实验虽然简单，却基本展示了蒸汽机的工作原理。 热机的定义:利用内能做功的机械。能的转化:内能转化为机械能。 热机种类有很多，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机、喷气发动机等。热机通常以气体作为工质(传递能量的媒介物质叫工质)，利用气体受热膨胀对外做功。 将燃料移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器叫内燃机。它主要有汽油机和柴油机。 汽油机与柴油机 汽油机：用汽油作为燃料的内燃机；柴油机：用柴油作为燃料的内燃机。它们的构造如下图： 汽油机 柴油机 汽油机的工作原理： 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 柴油机的工作原理： 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 热值 内能是人类能够利用的种重要能源，比如烧水，内燃机等都是利用内能的例子。大部分情况下，人类是通过燃烧燃料获得内能的，在使用不同燃料的过程中我们发现，燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。例如，燃烧1千克煤放出的热量是燃烧1千克木柴放出热量的两倍多。 1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。单位: J/kg. 符号为q. 公式： 热值的理解 ①对于热值的概念，要注重理解三个关键词"1kg"、 ”某种燃料”、 "完全燃烧"。 1 kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1 kg,那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料:说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧:表明要完全烧尽，否则1 kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。 ②热值反映的是某种物质的一种燃烧特性， 同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小。它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 热机效率 热机工作时，并不是所有的能量都用来对外做功，有很大一部分能量损耗掉了。 热机燃料燃烧能量走向示意图 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叫做热机效率。 其中，w为热机中燃料燃烧释放能中做有用功的部分，Q为燃料完全燃烧放出的热重。汽油机的效率大约为20~ 30%，而柴油机的效率约为30~ 45%。 燃料的不完全燃烧、气缸部件吸热后的热量散失、废气带走的热和克服摩擦做功而消耗的能量，都是引起能量损失的原因。因此，提高热机效率，可提高燃料的利用率。 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。如汽车排出的大量尾气，燃料燃烧排放的烟尘使大气十分浑浊，排放的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化合物，会形成酸雨，污染环境。 典例分析 SHAPE \* MERGEFORMAT 例1 如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，水蒸气能将橡胶塞喷出很远，此过程中的能量转化方式类似于汽油机的（　　） 吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【解答】C 练1.1 四冲程热机工作时，将机械能转化为内能的是（　　） 吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【解答】B 练1.2 如图所示是四冲程汽油机工作时四个冲程的示意图，属于压缩冲程的是（　　） B． C． D． 【解答】A SHAPE \* MERGEFORMAT 例2 下列关于热机和热值的说法正确的是（　　） A．热值与燃料的质量有关 B．使燃料燃烧更充分，可以增大热值 C．热机消耗的燃料越少，效率一定越高 D．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 【解答】D 练2.1 关于燃料的热值，以下说法正确的（　　） A．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小 B．0.5g汽油和2kg汽油，它们的热值是一样的 C．当燃料未燃烧时，其热值为零 D．煤油的热值比酒精大，就是说煤油完全燃烧放出的热量比酒精多 【解答】B 练2.2 关于热值下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧不完全时热值变小 B．燃料热值越大，燃烧放出的热量越多 C．2kg煤的热值大于1kg同种煤的热值 D．燃料热值是燃料的特性，与其他因素无关 【解答】D SHAPE \* MERGEFORMAT 例3 柴油机是工农业生产中常用的热机，已知某型号柴油机的效率是30%，在柴油机内完全燃烧2千克柴油能放热 J，这些热通过柴油机的转化能对外做有用功 J。（柴油的热值为3.3×107J/kg） 练3.1 完全燃烧140克焦炭（焦炭的热值为3.0×107J/kg)能放出多少热量？若这些热量的30%被水吸收，则能使30kg