第十四章 内能的利用
第一节 热机
讨论：例举一下生活中我们可以使用哪些可燃烧的材料烧开一壶水？
草木、煤炭等
石油、酒精、汽油等
煤气、天然气 等
固体燃料
液体燃料
气体燃料
一.燃料及其热值
燃料可分为哪三种
1.燃料的分类
2.燃料的特点
能够燃烧，发生化学反应，在燃烧的过程中，化学能转化为内能。
讨论：将一壶水放在燃烧的木柴上加热，不久就升温了。现在，我们已经知道这是因为水吸收了热量的缘故。 问：那么这些热量从何而来？
是从木柴燃烧时放出的热量来的
思考：5kg的木材和10kg的木材燃烧时放出的热
量是否相同？ 这说明什么？
燃料燃烧时放出的热量跟燃料的质量有关
同种燃料的质量越大，
燃烧时放出的热量越多
思考：用质量相同煤油、酒精、纸屑烧水， 水升高的温度不 相同，这说明什么？
说明了不同的燃料燃烧放出的热量的本领不同
燃料燃烧放出的热量的多少还与什么因素有关？
燃料燃烧放出的热量跟什么因素有关？
（1）燃料的质量
（2）燃料的种类
大量实验表明：
1、同种燃料完全燃烧时放出的热量跟它的质量成正比 。
2、相同质量的不同燃料，在完全燃烧时放出的热量
并不相等。
想一想:什么是完全燃烧呢?
关于完全燃烧—— 就是燃料全部烧尽的意思，即燃料的燃烧必须与充足的氧气发生完全氧化反应。
不同的燃料，即使质量相同，完全燃烧放出的热量也是不同的。我们该怎样比较不同燃料燃烧时这种放热性能优劣？
为比较不同的燃料，即使质量相同，完全燃烧放出的热量也是不同的，
热值
3.燃料的热值
在物理学中，把1kg（或1m3）某种燃料在完全燃烧时所放出的热量叫做这种燃料的热值。用q表示
J/kg（对于固体和液体）;J/m3(对于气体)
无烟煤的热值为3.4×107J/kg，表示的含义
液化气的热值为4.9×107J/m3，表示的含义
表示1kg的煤在完全燃烧时所放出的热量为3.4×107J。
表示1m3的液化气在完全燃烧时所放出的热量为4.9×107J。
（1）.定义
（2）.单位：
（3）.物理意义
3..燃料的热值
1kg的某种燃料在完全燃烧时所放出的热量是多少焦耳。 （对于固体和液体）
1m3的某种燃料在完全燃烧时所放出的热量是多少焦耳。 (对于气体)
请大家从左侧的燃料的热值表中找出：
干木柴、柴油、汽油等生活中常见的几种燃料的热值。
思考：
柴油的热值是多少？它的物理意义是什么？

(2) 3 Kg 的柴油完全燃烧，它放出的热量是多少？
3.3×107J × 3 = 9.9 ×107J
q柴油=3.3×107 J / kg ： 1 千克的柴油完 全 燃烧时放出的热量为3.3×107焦
（4）燃料的热值是燃料的一种属性
燃料完全燃烧时放出热量的计算：
由热值所表示的物理意义可得出：
计算公式:对于固态和液态Q=qm
对于气态Q=qV

想一想：500g汽油完全燃烧时可以放出多少热量？
解：查表可知，汽油的热值q=4.6×103J/kg
∵ m=500g=0.5kg
∴ Q=qm=4.6×103J/kg×0.5kg=2.3×103J
答：
V的单位是m3
m的单位是kg
（5）燃料完全燃烧放出热量计算公式
普通的家用煤炉燃烧无烟煤，燃烧效率只有15％；普通燃煤锅炉，燃烧效率约为30％；现代化的锅炉，燃烧效率可达90％左右。
怎样提高燃料的利用率？
（1）在实际利用燃料中，燃料很难完全燃烧，而且放出的内能不能被完全利用，有效利用的只是其中一部分．

（2）炉子的效率：有效利用的热量与燃料完全燃烧时放出的热量的比值．
（6）.提高燃料的利用效率
1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧。
2）尽可能减少各种
热量损失。
(3)提高燃料利用率的措施
二.内能的利用
1.利用内能加热
2.利用内能做功
演示实验:P135：
（1）现象：
（2）说明：水蒸汽对木塞做功,内能减少,它的温度下降,水蒸汽液化成小水珠.
（3）.能量的转化
塞子被冲出管口，有“白气”产生.
燃料的化学能
转化为水蒸气的内能
内能转化为塞子的机械能
燃烧
做功
三.热机：
燃料的化学能
内能
机械能
（一）.热机是把内能转化为机械能的机器
（二）热机的种类：
蒸气机、内燃机、汽轮机、
喷气发动机、火箭等
（三）、内燃机：
燃料在汽缸内燃烧的热机。常见的有汽油机和柴油机
（一）.汽油机的构造
火花塞
气缸
进气门
活塞
连杆
排气门
曲轴
四.汽油机
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
2、一个工作循环：
活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程。
把这四个冲程称为发动机的一个工作循环。
1、一个冲程：
3.四个冲程
（二）几个名词：
吸气冲程
汽油和空气
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，温度升高。
机械能转化为内能
做功冲程
在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动，对外做功。
燃料的化学能转化为内能，内能转化机械能，使汽油机获得动力
排气冲程
燃烧后的废气
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
四个冲程
吸气
压缩
做功
排气
吸气
压缩
做功
排气
内燃机的冲程和工作循环
柴油机的构造
喷油嘴
进气门
活塞
连杆
排气门
气缸
曲轴
五.柴油机
柴油机工作原理
吸气冲程

压缩冲程

做功冲程

排气冲程
吸气冲程
空气
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。
压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。
做功冲程
在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
排气冲程
燃烧后的废气
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
想想议议：
汽油机和柴油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？
1．基本构造和主要部件的作用相似。
2 ．每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
3 ．四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。
4 ．一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。
相同点
不同点
1．构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。
2 ．燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。
3 ．吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。
4 ．点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。
六.内燃机的启动
内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后内燃机才能自己工作。
(1）.马达启动
(2).人力启动
七.内燃机的应用
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。
(1)汽油机的应用
(2)柴油机的应用
柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
思考：
在内燃机中，燃料所释放的能量都到哪里去了？
做有用功的能量
废气带走的能量
汽缸散热及摩擦损失的能量
你认为它们的效率比你想象的高？还是低？
八.热机的效率：
用来做有用功的能量，与所消耗燃料完全燃烧放出的热量之比
蒸气机效率最低：6%~15%；
汽油机效率：20%~30%；
柴油机效率：30%~45%。
废气带走
机件发热散失
机件摩擦损失
燃料燃烧产生能量
在热机的各种能量的损失中,废气带走的能量最多.
设法利用热机废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
做有用功
燃烧不完全
如何提高热机的效率
1.尽量使燃料充分燃烧
2.减少散热，设法利用高温废气
3.保证良好的润滑
内能的利用对环境的影响
1.废气污染
废气的主要成分：二氧化碳、一氧化碳、硫化物、氮氧化物及粉尘等有害物质。造成：
“温室效应”的罪魁祸首是二氧化碳（见课本P129 STS)
热岛效应（见课本P133 STS）
空中死神——酸雨
２.噪声污染
1.四冲程汽油机的工作过程由( ).( ).( ).( )四个冲程组成的.
2.四冲程汽油机,由机械能转化为内能的是( )冲程,做功冲程是( )能转化为( )能.
3.汽油机吸入汽缸的是( ),点火方式是( ).柴油机吸入汽缸的是( ),点火方式是( ).
4.某四冲程汽油机飞轮的转速是3600R/min,则它每秒钟对外做功( )次.
5.四冲程汽油机的三个辅助冲程靠飞机的( )来完成.
思考: