热机效率-暑假精品课（人教版）

第05讲 热机效率 1． 了解燃料的热值； 2． 掌握热值的计算方法； 3． 掌握热机效率的计算方法； 4． 理解提高热机效率的方法。 一、燃料的热值 1.燃料 （1）燃料的种类 燃料是指可燃烧的物质，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。 （2）燃料燃烧时能量转化 燃料在燃烧时将化学能转化为内能。 2.燃料的热值 燃料种类很多，由于其燃烧成分不同，相同质量的不同燃料完全燃烧时放出的热量不同，在物理学上用“热值”来表示燃料燃烧的放热本领。 （1）定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量(或体积)之比，叫做这种燃料的热值。 （2）单位：焦耳每千克（或焦耳每立方米），符号：J/kg（或J/m3） （3）热量的计算： （4）对燃料热值的透析 热值是燃料的一种固有性质 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；也就是说，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 对完全燃烧的理解 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”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值 热值的作用 燃料热值的高低是衡量燃料优劣的主要指标 【特别提醒】 （1）不是任何物质都有热值。热值是燃料的固有性质，如石块、铁块等非燃料物质没有热值； （2）只有燃料放热时，才能用Q放 ＝qm或Q放 ＝Vq进行计算，不要将其与温度降低时的放热公式Q放=cm△t混淆。 常用燃料的热值 见下表： 二、热机的效率 1. 燃料的有效利用 用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。如图所示： 1. 锅炉的效率 （1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置。 （2） 提高锅炉燃料利用率的途径： ①让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等； ②减少热量损失，如加大有效受热面积等。 2. 内燃机中热量燃烧的能量流向图 3. 热机效率 （1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 （3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 （4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。 5.提高热机效率的主要途径 ①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）； ②减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）； ③在热机设计和制造上，采用先进的技术； ④保障良好的润滑，减少机械摩擦。 考点一：热值 角度1：热值的概念、单位和物理意义 下列关于热值的说法正确的是（　　）例1. A．物质的热值跟物质燃烧放出的热量有关 B．燃料热值越大，燃烧放出的热量越多 C．使燃料燃烧更充分，可以增大热值 D．热值只与燃料的种类有关 角度2：不同燃料热值的比较 某学校每天向学生提供100kg开水，下表所列为几种常见燃料的热值。现将质量为100kg，初温为20℃的水烧开所需燃料质量最少的是（燃料完全燃烧）（　　）例2. 几种常见燃料的热值/（J·kg-1） 燃料油 酒精 无烟煤 烟煤 4.2×107 3.0×107 约3.4×107 约2.9×107 A．燃料油 B．酒精 C．无烟煤 D．烟煤 角度3：热值的计算 方便火锅成为当下一种时尚快餐，很受年轻人喜爱。它里面的发热包在将500g水从20℃加热至沸腾（一个标准大气压下）的过程中，提供给水的热量至少为___________ J。如果用酒精灯给 500g 水加热升高同样温度，至少需要___________g酒精。[c水=4.2×103J/(kg·℃)，q酒精 =3×107J/kg]例3. 考点二：热机效率 角度1：热机效率的理解 关于热值和热机效率，下列说法正确的是（　　）例4. A．1kg汽油燃烧放出的热量，在数值上等于汽油的热值 B．燃料