第三节　热机的工作原理
学习目标：
1.知道什么是热机以及热机的工作原理．
2．了解内燃机的工作原理．
3．了解燃气轮机和制冷机的工作原理．

第三节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
学习目标
课前自主学案
一、热机
1．热机是把_______转化为_______的一种装置．
2．蒸汽机和蒸汽轮机是把_______的内能转化为机械能，内燃机和燃气轮机是把________的内能转化为机械能．
二、蒸汽机和蒸汽轮机
1．蒸汽机：工作物质是________，它是从加热器吸收热量，其中部分热量用于推动活塞_______，剩余的热量排入冷凝器．
2．蒸汽轮机：它是用高压水蒸气驱动_______，带动转子高速旋转，能输出强大动力．
内能
机械能
水蒸气
燃气
水蒸气
做功
叶轮
三、内燃机和燃气轮机
1．内燃机
(1)燃料在汽缸内燃烧，直接利用汽缸内生成的高温高压气体推动活塞做功．
(2)工作原理
①内燃机的一个工作循环一般由______、_____、_______和_______四个冲程组成．四个冲程循环往复，内燃机持续工作．内燃机的一个工作循环，活塞往复____次，做功____次，飞轮转____转．
②能量转化
在内燃机工作的四个冲程中，只有______冲程燃气对外做功，完成______向_______的转化；压缩冲程是将_________转化为____能的过程．
吸气
压缩
做功
排气
两
一
两
做功
内能
机械能
机械能
内
2．燃气轮机
燃气轮机没有汽缸和活塞，工作时将燃油喷入__________，燃烧后产生高温高压燃气，驱动涡轮旋转，将燃气的_______转化为________．
四、制冷机
　制冷机跟蒸汽机、内燃机一样都属于_____，只是两者的作用正相反．热机利用吸收的热量的一部分做功，同时将另一部分排放；而制冷机则利用外界对它所做的功，从待冷却物体中吸收热量，同时向高温物体排放．
燃烧室
内能
机械能
热机
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核心要点突破
一、热机
1．热机
热机是把内能转化成机械能的一种装置．
如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能；燃气轮机把燃气的内能转化为机械能．
2．热机的组成部分
热源：指燃烧燃料而获得能量的部件．
工作物质：指利用获得的热量来做功的物质．如蒸汽机里的蒸汽，内燃机里燃烧后的高温气体，燃气轮机内的燃气．
冷凝器：把工作物质做功后所剩余的热量进行再吸收的部分．如推动活塞做功后放出的蒸汽的温度也很高，如果把这种蒸汽直接放入大气中，则大气就是冷凝器．当然这样就白白浪费了剩余蒸气所具有的能量，通常把这种工作后的剩余蒸汽通过管道送入居民区用于烧水、做饭、取暖等．
3．热机的工作原理
工作物质从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器中．
根据能量守恒，有Q1＝W＋Q2.
4．热机的种类
热机分为外燃机和内燃机两种．如蒸汽机、蒸汽轮机属于外燃机；内燃机包括柴油机、汽油机、燃气轮机．
特别提醒：热机必须有热源和冷凝器，工作时总要向冷凝器中散热，总有Q1＞W.即使是理想热机，无摩擦、无漏气，也不可能把吸收的热量Q1全部转化为机械能，因此η＜1.
二、内燃机的工作原理
1．内燃机的四冲程
内燃机的一个工作循环一般由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程四个冲程组成．
注意：活塞由最上端运动到最下端或最下端运动到最上端叫做一个冲程．
(1)吸气冲程：此时，进气门打开，排气门关闭，在飞轮作用下，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，混合气体体积增大，温度近似看做不变，即工作物质没有传热和做功效应，其内能近似不变．
(2)压缩冲程：在飞轮作用下，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，外界对工作物质做功使工作物质内能增加，温度升高．
(3)做功冲程：在压缩冲程结束时由电火花点火，使燃料燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，在此阶段中，工作物质既从高温热源(燃烧的燃料)t1吸热Q1，又对外做负功(－W)，其内能先是在吸热后增加，又在对外做功后减少．
(4)排气冲程：此时，进气门关闭，排气门打开，在飞轮作用下，活塞向上运动，把温度较高的废气排出汽缸，同时将一部分热量Q2传递给外界环境(低温热源t2)，其内能继续减少．
2．四冲程柴油机原理图，如图2－3－1.
柴油机工作过程原理图
图2－3－1
3．四冲程汽油机原理图，如图2－3－2.
图2－3－2
三、制冷机
1．工作原理
如图2－3－3所示，制冷机的压缩机在电动机等的带动下做功，将蒸汽状的制冷剂压入冷凝器(散热器)，制冷剂在冷凝器(散热器)中液化，放出热量；液态的制冷剂进入蒸发器后，通过很细的管道后膨胀、汽化，这个过程中冷库的温度降低．其后再次进入压缩机，准备下一次循环过程．
制冷机的结构和工作原理
图2－3－3
特别提醒：制冷机可以使用不同的制冷剂．过去常用氟利昂，但是因为氟利昂会破坏大气的臭氧层，现在已改用R134a了．
2．热机与制冷机的联系与区别
广义地讲，制冷机跟蒸汽机、内燃机一样都属于热机，只是两者的作用正好相反．热机利用吸收的热量的一部分做功，同时将另一部分排放(图2－3－4甲)；而制冷机则利用外界对它所做的功，将待冷却物体中的热量取出，同时向高温物体排放(图2－3－4乙)．
图2－3－4
课堂互动讲练

内燃机工作的四个冲程中，将内能转化为机械能的是(　　)
A．吸气冲程　　　　　　 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程
【精讲精析】　内燃机要完成一个工作循环，就要完成吸气、压缩、做功和排气这四个冲程．燃料是在做功冲程中燃烧的．化学能先转化为内能，产生高温高压的气体，推动活塞做功，内能再转化为机械能的．而另外三个冲程是要消耗机械能的．所以选项应为C.
【答案】　C
变式训练1　下列叙述正确的是(　　)
A．在构造上，汽油机汽缸顶部有火花塞，柴油机汽缸顶部有喷油嘴
B．在吸气冲程中，汽油机吸入汽缸的是汽油，柴油机吸入汽缸的是柴油
C．在压缩冲程中，汽油机是压燃机点火，柴油机是点燃式点火
D．在做功冲程中，汽油机汽缸里燃气压强比柴油机里的高
解析：选A.由于汽油机与柴油机的区别是：汽油机汽缸顶部有火花塞，柴油机汽缸顶部有喷油嘴；汽油机吸入汽缸的是空气与汽油的混合物，柴油机吸入汽缸的只是空气；在压缩冲程中，汽油机是点燃式点火，柴油机是压燃式点火；在做功冲程中，柴油机燃气压强高，因而效率比汽油机的高．
图2－3－5
【精讲精析】　根据制冷机的制冷原理可知，在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀是汽化过程要吸收热量，在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩是液化过程要放出热量．故只有B、C两项正确，A、D两项错误．
【答案】　BC
【方法总结】　记住并理解制冷机的工作原理很重要．