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1、第十六章 热 和 能第四节 热 机获得内能的一个重要途径燃料的燃烧 燃料燃烧：化学能转化为内能。1、内能的利用 利用内能来加热；从能的角度看，这是内能的转移过程。 利用内能来做功；从能的角度看，这是内能转化为机械能。2、热机：利用燃料的燃烧来做功的装置。能的转化：内能转化为机械能燃料的化学能通过燃烧转化为内能，又通过做功把内能转变成机械能，这是热机的原理。常见的热机有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。3、内燃机：将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器叫内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机两大类。活塞在内燃机的汽缸里往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
2、多数内燃机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。内燃机工作的四个冲程中，只有做功冲程时燃气对活塞做功，其他三个冲程要靠飞轮的惯性来完成。在开始运转时，要靠外力先使飞轮和曲轴运动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，之后内燃机才能自己工作。每完成一个循环，活塞往复两次，飞轮转动两周。4、燃料的热值定义：1kg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关于热值的理解：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是针对燃料的质量而言，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是热值。某种燃料：说明热值与燃料
3、的种类有关。完全燃烧：表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。 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。公式：Qmq（q为热值）。 实际中，常利用Q吸Q放即cm(t-t0)=qm联合解题。酒精的热值是3.0107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0107J。煤气的热值是3.9107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9107J。火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运
4、输炉子的效率：定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。公式：=Q有效/ Q总= cm(t-t0)/ qm5、热机效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。公式：=W有用/ Q总= W有用/qm 提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；尽量减小各种热量损失机件间保持良好的润滑、尽量减小摩擦。例1质量为3kg的石油，用去1/3后，剩下的石油 （ ）A、比热容变为原来的2/3，热值不变B、比热容不变，热值变为原来的2/3C、比热容和热值均为原来的2/3D、比热容和热值都不变分析：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。它反映的时燃料的特性，其大
5、小与燃料质量、是否完全燃烧、放出的热量无关，但在数值上等于一定质量的燃料完全燃烧放出的热量（Q）与（m）的比值。例2有一个太阳能热水器，在晴天气温为20时，每天将50kg的水加热至50，那么每天节约多少煤气？（煤气大的热值q=3.9107J/m3）分析：在热水器里，水吸收的时太阳的辐射热，温度升高，如果这些热量由燃烧煤气来获得，根据煤气的热值即可求得需要多少煤气。这部分煤气即为每天至少可以节约下来的那部分。解：50kg的水从20加热至50吸收的热量为 Q吸=cmt=4.2103J/（）50kg(5020) =6.3106J实际上，煤气燃烧所放的热量并不能完全被水吸收，即燃烧效率总小于1，因此实
6、际可节约的煤气比计算出的数值更大。图15-111、汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成，其中在做功冲程中燃气对活塞做功，实现了_能向_能的转化图15-11表示的是汽油机的_冲程（填冲程的名称）2、汽油的热值是4.6107J/kg，表示的意义是 ，现有汽油500g，若燃烧一半，剩余汽油的热值是_J/kg.3、西气东输主干线西起塔里木盆地的轮南油气田，向东途经九个省区，最终到达上海，总计年输送天然气1.21010m3，即年输气质量为_kg。若这些天然气完全燃烧放出的热量是_J。（管道内天然气密度为6kg/m3，天然气的热值是5107J/kg）4、一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占2
7、5，废气带走的能量占30，摩擦等机械损耗占10，则它的机械效率为 。5、下列有关四冲程内燃机的叙述中，不正确的是（ ）A工作中只有做功冲程把内能转化为机械能B工作中压缩冲程是把内能转化为机械能C工作开始时要靠外力启动D每一个工作循环，燃气只做功一次6、关于“热机”，下列说法中正确的是( ) A压缩冲程中的能量转化是内能转化为机械能 B做功冲程中的能量转化是机械能转化为内能 C热机所产生的噪音，可以被热机上的消音器完全吸收 D用水循环来降低热机的温度，主要是利用水比热容较大的特性7、甲、乙两汽车，甲的汽油机效率比乙的汽油机效率高，这表明（ ）A甲做功比乙多B甲做功比乙快C甲消耗的汽油比乙少D以相
8、同的牵引力行驶相同的路程，甲耗油比乙少8、用煤气灶既方便又环保，一般的煤气灶正常工作时，15min可使4kg、23的水沸腾，该城市水的沸点为93，求： （1）水吸收的热量； （2）若煤气放出的热量70%被水吸收，煤气灶实际放出的热量为多少？9、某中学为学生供应开水，用锅炉将200的水从25加热到100，燃烧了6的无烟煤。水的比热容是4.2103J/（）,无烟煤的热值是3.4107J/ 试求：（1）锅炉内200的水吸收的热量是多少？（2）6无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？（3）此锅炉的效率是多少？1、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
9、占10%，则它的机械效率为 。2、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2kg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3.3107Jkg）3、要使4kg的水温度升高50需要吸收多少热量？若这些热量全部由燃烧酒精获得（不计热量损失），则需要完全燃烧多少酒精？C水=4.2103J（kg），q酒精=3.0107J/kg4、小明学习了热学的有关知识后，知道水的比热是4.2103J（kg），他想估算一下自己家每天烧水、做饭需要的热量，于是小明仔细记录了他家每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间，并把它折算成烧水时间，相当于每天将30kg
10、20的水烧开（1）小明家每天烧水做饭需要多少热量?（2）如果普通煤的燃烧值为3107J/kg，从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少煤?（3）小明家实际平均每天需要烧4块蜂窝煤，按每块蜂窝煤含煤0.5kg算，他家每天实际用煤2kg，由此小明计算出他家煤炉的效率只有16.5%，你认为小明家煤炉效率低的原因是什么?（4）从大的方面讲，家用煤炉除了热效率低浪费能源的缺点外，另一个主要缺点是什么?（1）Qcm(t2t1) 将数据代入得Q1.0107J（2）mkg0.33kg（3）煤不能完全燃烧；热量散失严重（4）产生废渣、废气，造成环境污染一、汽油机和柴油机的比较：汽油机柴油机不同点构造：顶部有一个火花
11、塞。顶部有一个喷油嘴。吸气冲程吸入汽油与空气的混合气体吸入空气点燃方式点燃式压燃式效率低高应用小型汽车、摩托车载重汽车、大型拖拉机相同点冲程：活塞在往复运动中从汽缸的一端运动到另一端。一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，做功1次。二、关于热量的综合计算 在热量的综合计算中，有关物体吸放热公式、燃料燃烧放热公式、热机效率、热平衡方程、焦耳定律放热公式的综合应用的题目难度较大。在解题过程中要注意各个公式的正确应用和热量在传递过程中的等量关系。三、练习10、内能的利用受到什么条件的限制？在航天飞机上，为什么不用内燃机作动力机？答：燃料燃烧需要氧气 而离开地球的航天飞机上缺乏氧气。11、有一辆功率为92kW的载重汽车，它的发动机要效率为20%，当汽车通过95km的路时，共用去了50kg的汽油，求这辆汽车的速度为多大？（汽油的热值为4.6107J/kg）19m/s；
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