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,它表示
·
2.热机是把燃料燃烧释放的内能转化为机械能的装置.可是燃料燃烧释放的能量并不能完全有效地用来推动活塞做功,这是怎么回事呢?
[预习课本回答]
(1)热机
的能量与
的能量的比值称为热机效率
(2)为合理利用能源,人们一直在努力提高热机效率,其主要途径是
.首先要
.其次要
(3)各种热机效率是不同的,蒸汽机效率只有
,汽油机效率约是
柴油机效率约是
,飞机上的喷气发动机效率能达到
.
3.酸雨是近几十年来由于工业的发展形成的对动植物非常有害的自然现象.它是怎么形成的呢?
[预习课本回答]燃料燃烧排放的
,使大气十分混浊;
排放的
、
和
还会形成酸雨.
教材知识类析
一、燃料的热值
1.燃料燃烧时能的转化
现代社会中,人类使用的能量绝大部分是从燃料的燃烧中获得的,燃料的燃烧是一种化学变化,在燃烧过程中,燃料的化学能转化为内能,也就是常说的释放能量.
2.燃料热值的意义
燃料的种类很多,由于燃料的成分不同,相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出热量不同.在物理学中就用燃料的热值来表示燃料在完全燃烧时放热本领的大小.也就是我们俗语中的,燃料顶烧不顶烧.
3.定义
1kg的某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值(heatvalue).
由定义可知热值的单位是“焦/千克”,符号“J/kg”,气体燃料的热值单位通常用J/m3.
4.热值的物理意义
表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出热量的多少.如木炭的热值为3.40×
107J/kg,它表示:
1kg的木炭完全燃烧时所放出的热量是3.40×
107J.同种燃料的热值相同,不同燃料的热值不同.
5.放出热量的计算
如果用m表示完全燃烧燃料的质量,用q表示该种燃料的热值,用Q放表示燃料完全燃烧时所放出的热量,则:
Q放=/m·
q
其中:
m的单位是kg,q的单位是J/kg,Q放的单位是J.
6.正确理解燃料的热值
(1)理解热值的意义是本节的重点,对于热值的定义,我们要抓住其中的三个关键词:
1kg;
某种燃料;
完全燃烧.
“1kg”指出热值是针对一定质量的燃料而言的,这一定质量是1kg.如果燃烧的不是1kg燃料,那么,完全燃烧时放出的热量值与热值的数值便不同
“某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关.确定的燃料才有确定的热值,不同燃料有不同的热值.由此可见,热值反映了燃料燃烧的特性,热值大,反映1kg的这种燃料完全燃烧放出的热量多,或者说,化学能转化成的内能多.
“完全燃烧’’的含义是烧完、烧尽.1kg的某种燃料,只有在完全燃烧时放出的热量才是这种燃料的热值,如果没有完全燃烧放出的热量就比热值小.
(2)热值反映了所有能燃烧的物质的一种性质,反映了不同燃料在燃烧过程中,化学能转化为内能本领的大小,也就是说,它是燃料本身的一种特性,它只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均没有关系.
二、热机效率
1.热机能量的损失
(1)燃料未能完全燃烧
由于燃料的优劣,内燃机气缸与活塞的密封程度等原因,热机不可能将燃料完全燃烧,这必将有一部分能量损失.不过,这里损失的能量很小.
(2)废气带走很大一部分能量
四冲程内燃机的一个工作循环,排气冲程将气缸中的废气排放掉,但此时废气的温度仍很高,内能较大.
(3)一部分能量消耗在散热上
热机大部分是由金属组成的,金属是热的良导体,传递了部分燃料燃烧所释放的热量,所以散热也是能量损失的一个方面.
(4)克服摩擦做功
活塞和曲轴在运动时要克服摩擦做功,这部分能量也要靠燃料燃烧的内能来提供.
2.热机的效率
(1)定义:
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称为热机效率.
(2)公式:
注意:
由于热机在工作过程中,总有能量损失,所以热机的效率总小于1,汽油机的效率为20%一30%,柴油机的效率为30%~45%.柴油机的效率比汽油机的效率高,这主要是因为柴油机的构造和工作过程与汽油机有所不同,因为柴油机在压缩冲程中的压缩比比汽油机更大.
3.提高热机效率的主要途径
(1)使燃料充分燃烧.
(2)尽量减少各种热损失.
(3)在热机的设计和制造上,采用先进的技术.
(4)使用时,注意保养,保证良好的润滑,合理调整运动零件之间的间隙,减少因克服摩擦阻力而额外消耗的功.
4.想想议议
热机的效率能达到100%吗?
为什么?
不能达到100%.
因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分,因为各种热损失以及燃烧条件的限制,这部分能量远远小于总能量,所以其与燃料完全燃烧所放出总能量的比值必然小于甚至远远小于1,即热机效率总小于100%.
三、环境污染和环境保护
1.废气污染
热机燃料在燃烧过程中能放出一定量的有毒气体和粉尘,这些气体和粉尘都会污染空气,有害于人类的健康和动植物的正常生长,产生的酸雨有害于农、林、渔业.
导致城市污染的主要原因是各种车辆排放的废气;
导致环境污染的主要原因是燃料燃烧后的废气、废渣,以及各种废液的排放.
2.噪声污染
热机以及热机带动的机器产生的噪声是环境污染的又—方面.
3.内能的利用与环境的关系
既要有效地利用能源,又要很好地控制和消除污染,人类有能力开发和利用自然资源,也必然有能力保护环境,创造一个更加美好的生存环境.
4.燃煤产生的主要有害物质及其对人类的危害
综合例题剖析
题型一
燃料的热值
例1
关于燃料的热值,以下说法正确的是(
)
A.热值大的燃烧放出热量一定多
B.燃料的热值与燃料的燃烧情况无关
C.容易燃烧的燃料,热值一定大
D.选用热值大的燃料可以提高燃料的利用率
分析:
燃料的热值是1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量,它只与燃料种类有关,而与燃料的质量、燃料是否燃烧、燃料是否完全燃烧等因素无关.A中没有涉及燃料的质量问题,C中容易燃烧不能代表热值的情况,D中燃料利用率的提高在于对某一种燃料放出能量的利用好坏;
与热值无关.
答案:
B
例2
(2004·
内江)已知烟煤的热值是2.9×
10J/kg,那么(
A.2kg烟煤燃烧时—定放出5.8×
10J的热量
B.1kg烟煤完全燃烧时一定能放出2.9×
10J的热量
C.1kg烟煤温度降低1℃释放出2.9×
D.10kg烟煤的热值2.9×
10J的热量
这道题考查燃料的热值的概念,选项A缺“完全”;
选项C把热值的含义与比热的含义搞混了;
选项D没有认识到热值只与燃料的种类有关,与燃料的质量、燃料的燃烧放出热量的多少无关,正确答案选择B.
题型二
热机的效率
例3
天津)
一台内燃机运行时各种能量损耗大致为:
汽抽屉散热损失占25%,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
内燃机的机械效率是用来做有用功的那部分能量占燃料完全燃烧放出的能量的比例.由题意可知,n=1—25%一30%一10%、=35%.
35%
例4
成都课改区)以下提高热机效率的方法,错误的是(
A.尽量减小热机功率
B.尽量使燃烧充分燃料
C.保证传动部分良好的润滑
D.尽量减少各种热散失
功率与效率无关.A错.B、C、D、所述方法都能减少能量损耗,提高热机效率,故本题选A.
A
例5
—辆汽车牵引力是4×
103N,行驶10km消耗3kg汽油,这辆汽车的效率是多少?
本题是力、热综合问题.两部分知识联系的桥梁是能量转化的数量及功、热量数值的计算,同时考查热机效率等概念.
汽车所做有用功W=Fs=4×
103N×
104m=4×
107J
∴有用机械功Q有=W=4×
汽油完全燃烧产生的热量
Q总=qm=4.6×
107J/kg×
3kg=1.38×
108J
根据热机效率的定义可得
29%
题型三
环境污染和环境保护
例6
联系实际谈谈在环境保护方面应采取的措施.
(1)改进燃烧设备,消除烟尘.
(2)提高燃料的综合利用,采取集中供热.
在北方的取暖设备中,就是采用锅炉烧的水蒸气供给各家各户的散热管,这样减少了大气污染;
在城市使用的管道煤气和液化气,提高了燃料的利用率,也改善了环境.
(3)充分开发利用污染少和无污染的能源,如太阳能的利用.
(4)在内燃机排气管上安装消音器,以减少噪声污染.
(5)大力开展植树、种草使空气得到净化.
例7
下列供热方式最有利于环境保护的是(
A.用煤做燃料供热
B.用石油做燃料供热
C.用天然气或煤气做燃料供热
D.用太阳能供热
煤、石油、天然气等燃料的利用,使人类获得大量的内能.但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分,使得废气中含有的粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气.而太阳能是一种无污染的能源,应大力推广.
D
例8
成都
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- 热机 效率 环境保护
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