13.4第四节热机效率和环境保护

课前一览：2涡扇发动机工作原理第十三章内能与热机第四节热机效率和环境保护我今晨坐在窗前，世界如一个路人似的，停留了一会，向我点点头又走过去了。——《飞鸟集·泰戈尔》学习目标•1、理解并掌握热值的概念、单位、计算公式•2、会运用热值的计算公式进行计算。•3、理解并掌握热机效率的概念、热散失的途径、提高热机效率的方法。•4、了解燃料燃烧对环境的影响。情境导入大到火箭发射，小到烧火煮饭它们都离不开燃料。我们利用的内能主要来至燃料。燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程。•认真阅读书中P50-P53页回答下列问题：•（1）燃料燃烧的过程是能转化为能的过程，人们使用的能量绝大部分还是通过获得的。常见的燃料有、、、等，在燃烧时都会能量。自主学习•（2）热值定义是怎么引人的？热值定义：叫做这种燃料的热值，用表示，单位是，气体燃料热值单位是。•（3）、认真阅读课本第45页图12－27，掌握热机燃料燃烧能量的走向。•（4）、机械效率的定义是什么，我们如何定义热机效率？如果用η表示热机效率，那么根据概念其公式可以表示η=。一、内能的利用•人类利用燃料燃烧获得了大量的内能，那么人们是如何利用这些内能的呢？合作共建1、利用内能加热•内能的一个重要应用就是直接用来加热物体．•例如：•生火煮饭、生火取暖、暖气设备•利用内能加热的本质：能量（内能）的转移．北方城市供暖厂区高层直连供暖机组-ZLG直连供暖设备北方农村的火炕南方城市的电暖器南方农村的火炉2、利用内能做功•内能的另一个重要应用就是用来做功．•例如：汽车、火车、飞机、火箭、火电站和热电站等．利用内能做功的实验分析：•在这个实验中，燃料燃烧时的化学能转化为内能，传给水和水蒸气（利用内能加热），水蒸气把塞子冲出去（利用内能做功），内能转化为塞子的机械能．模拟火箭(视频素材)〖请你说说〗日常生活中常用到的燃料有哪些？常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，农村还用草木等植物的秸杆作燃料。同样条件下燃料燃烧放出的热都一样吗？质量相等的不同燃料在完全燃烧时所放出的热量是不同的。在物理学中，把1kg某种燃料在完全燃烧时所放出的热量叫做燃料的热值。热值的符号：qQ=mq（Q=Vq）•质量m为的燃料完全燃烧释放的能量是：Q：燃料完全燃烧释放的热量ｑ：燃料的热值ｍ：燃料的质量v：气体燃料的体积单位：J/kg（J/m3）气体燃料固体和液体燃料无烟煤的热值为3.4×107J/kg，表示1kg的煤在完全燃烧时所放出的热量为3.4×107J。液化气的热值为4.9×107J/m3，表示1m3的液化气在完全燃烧时所放出的热量为4.9×107J。交流与讨论•木炭如果燃烧不充分，此时木炭的热值会减小吗？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、密度、温度，与燃料是否燃烧及燃烧是否完全等均无关。为什么发射火箭上天要用氢做燃料？想一想例题1：计算7Kg汽油完全燃烧释放的热量。（q=4.6×107J/Kg）已知：m=4Kg,q=3.3×107J/Kg求:Q解:Q=mq=7Kg×4.6×107J/Kg=3.22×108J答:完全燃烧释放的热量为3.22×108J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。三、热机的效率想想看：热机的效率能达到100﹪吗？为什么？不能。因为热机在工作过程中一定有能量损失。热机中燃料释放能量的主要走向示意图炉子的效率：提高炉子效率的措施（以锅炉为例）：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。η=Q吸/Q放=cm(t2-t1)/qm①使燃料尽可能充分燃烧（如把煤磨成煤粉，加大送风量等）②减小热量的散失（如用隔热材料做炉体，加大受热面积等）η=W有Q放×100%用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。热机的效率：热机的效率是热机性能的重要指标例题2．已知干木柴的热值是1.2×107J/kg，完全燃烧0.7kg干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20℃升高到70℃？已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。Q=1.2×107J/kg×0.7kg=8.4×106Jm=Qc(t-t0)8.4×106J4.2×103J/(kg·℃)×(70℃-20℃)==40kg各种热机的效率:蒸汽机:6﹪~15﹪汽油机：20﹪~30﹪柴油机：30﹪~40﹪飞机上的喷气式发动机：50﹪~60﹪提高热机效率的措施（以内燃机为例）：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、减小摩擦，在热机的设计和制造上，采用先进的技术。四、热机与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.对人体健康的直接危害,硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部组织,引起肺水肿等疾病而使人致死.2.引起河流、湖泊的水体酸化,严重影响水生动植物的生长.3.破坏土壤、植被、森林.4.腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料.5.渗入地下,使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍.酸雨的危害讨论交流•如何保护我们的环境？1.改进燃烧设备，加装消烟除尘装置;2.集中供热；3.改用气体燃料，普及煤气和天然气；4.充分开发利用污染少和无污染的新能源。展示交流•1、液化气的热值是4.9×107J/m3，其物理意义是，完全燃烧5m3的液化气可以产生J的热量。•2、热机是将能转化为机械能的机器，一台内燃机运行时各种能量耗损大致为：气缸散热占20％，废气带走能量占35％，摩擦耗损等占15％，则它的热机效率为，热机工作时对环境造成的污染有（填一种污染）展示交流•3、下列关于热值的说法正确的是（）•A.燃料不燃烧，其热值为零。•B.燃料不完全燃烧其热值要变小。•C.燃料的热值与燃烧情况和质量无关，只与燃料种类有关。•D.燃料燃烧时放出热量多的其热值就大。展示交流•4、要提高热机的效率，下列做法不可行的是（）•A.尽量减少废气带走的热量。•B.尽量保持机械部件之间有良好的润滑。•C.尽量减少曲轴传递给飞轮的机械能。•D.尽量减少散热损失。展示交流•5、火箭常用液态氢气作燃料，其原因是。•6、我国实施的“西气东输”工程中，西部地区的天然气被输送到缺乏能源的东部地区。天然气与煤相比，从热学角度分析它的优点是，从环保角度分析，它的优点是展示交流•8、某中学为学生供应开水用锅炉将200Kg水从25℃加热到100℃，燃烧了6Kg的无烟煤。•试求：•（1）锅炉内的200Kg水吸收的热量是多少焦耳？•（2）6Kg的无烟煤完全燃烧放出的热量是多少焦耳？•（3）此锅炉的效率是多少？展示交流•9、干木柴的热值是1．2×107J/kg,它的物理意义是________。完全燃烧4kg的干木柴，能放出J的热量•10、酒精的热值是3×107J/kg，若要获得9×107J的热量，至少需要燃烧_________kg的酒精。展示交流•11、四口之家分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗量为：木柴约为200kg，烟煤约为80kg，液化石油气约为30kg，煤气约为60kg，这四种燃料中哪一种燃烧的热值最高？（）•A．液化石油气B．煤气C．烟煤D．木柴展示交流•13、甲种燃料的热值小于乙种燃料的热值，下列说法正确的是（）•A、甲种燃料比乙种燃料的热量少•B、完全燃烧mkg乙种燃料，刚好烧开一壶水，那么用mkg甲种燃料也能烧开这壶水•C、完全燃烧相同质量的两种燃料，乙种燃料放出的热量多•D、通风条件越好，供氧越充足，两种燃料的热值越大展示交流•14、用煤气灶把1kg、初温为20℃的水烧到70℃，消耗了10g煤气．已知水的比热容是4.2×103J/(kg•℃)，煤气的热值为4.2×107J/kg，则水吸收的热量为•J，煤气完全燃烧放出的热量为•J，煤气灶烧水的效率为•%。展示交流15、小杨家煮饭，烧水使用的是管道天燃气，已知天然气的热值为8.4×107J/m,放出的热量有50﹪被有效利用，现要将质量为4㎏初温为25℃的水加热到100℃，需要完全燃烧多少立方米的天然气？展示交流16.小明学习了有关热学的知识后，知道水的比热容是4.2×103J/(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、20℃的水烧开（1）小明家每天烧水做饭需要多少热量？（2）如果普通煤的热值是3×107J/kg，从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少千克煤？（3）若小明家每天实际用煤2kg，由此小明计算出他家煤炉的效率是多少？你认为小明家煤炉效率低的原因是什么？展示交流17、小兵同学想知道一辆小汽车的实际效率是多少。他从驾驶员师傅处了解到，该汽车100km耗油约7㎏。从书上查得汽油的热值q＝4.6×107J/㎏，他又测出在平直公路上，人用644N的水平拉力可使汽车匀速前进。（空气阻力不计）求：⑴该小汽车行驶100km，消耗的总能量是多少？⑵该小汽车匀速行驶100km，做的有用功是多少？⑶该小汽车的效率是多少？⑷若汽油充分燃烧，汽油燃烧放出的总能量转化成了哪几种形式的能？展示交流•18、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展示交流19、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、20℃的水温度升高到多少度？展示交流•20．对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是()A．燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比B．燃料没燃烧时就没有热值C．就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关D．容易燃烧的燃料热值一定大