熱機(jī)效率和環(huán)境保護(hù)“黃岡賽”一等獎(jiǎng)

第四節(jié)熱機(jī)效率和環(huán)境保護(hù)炒菜做飯、奔馳的汽車(chē)、火力發(fā)電廠、直入蒼穹的火箭等都離不開(kāi)燃料。從原始人類(lèi)學(xué)會(huì)用火起至今，人們使用的能量絕大部分都還是通過(guò)燃燒燃料獲得的。約2.8Kg約1.16Kg約0.73Kg說(shuō)明：不同燃料燃燒釋放熱量的能力不同

學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）知道燃料在燃燒的過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化。（2）從生活中體會(huì)不同燃料燃燒釋放熱量的能力不同，建立熱值的概念，能說(shuō)出熱值的單位及物理意義。（3）會(huì)查燃料的熱值表。能根據(jù)燃料的熱值計(jì)算一定質(zhì)量的燃料完全燃燒所釋放的熱量。

自主學(xué)習(xí)：（1）常見(jiàn)的燃料有哪些？（2）燃料在燃燒的過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化（）。（3）熱值的定義、單位、公式。一、常見(jiàn)的燃料：煤、石油、天然氣、木材或植物秸稈等燃料燃燒的過(guò)程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的過(guò)程二、燃料的共同特點(diǎn)：?jiǎn)挝唬篔/Kg（固體）三、燃料的熱值為了研究燃料燃燒釋放熱量的本領(lǐng)我們引入了熱值熱值用字母：q

表示

定義：

某種燃料完全燃燒放出的熱量與所用燃料的質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值?；騄/m3（氣體）

熱值的物理意義：

請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材51頁(yè)“常見(jiàn)燃料的熱值”，并從表中查出“干木柴”、“煙煤”、“液化石油氣”的熱值，說(shuō)說(shuō)它們表示的意義？

干木柴的熱值為1.2×107J/Kg，表示1千克的干木材完全燃燒放出的熱量為1.2×107J

煙煤的熱值為2.9×107J/Kg，表示1千克的煙煤完全燃燒放出的熱量為2.9×107J

液化石油氣的熱值為4.9×107J/m3，表示1m3液化氣的完全燃燒放出的熱量為4.9×107J［強(qiáng)調(diào)］（1）熱值定義中：注意“必須完全燃燒”；（2）熱值是燃料的一種特性，表示燃料燃燒時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的本領(lǐng)的大小，也反映了燃料的優(yōu)劣。它只與燃料的種類(lèi)有關(guān)，與質(zhì)量、體積、是否完全燃燒無(wú)關(guān)。1kg的干木柴完全燃燒釋放出1.2×107J的熱量；那么質(zhì)量為m

kg的干木柴完全燃燒釋放出多少J的熱量，怎么計(jì)算？Q=mq公式：或：Q=Vq燃料完全燃燒釋放的熱量燃料的質(zhì)量燃料的熱值燃料的體積例1：計(jì)算4Kg柴油完全燃燒釋放的熱量。（q=3.3×107J/Kg）解:Q=mq=4Kg×3.3×107J/Kg=1.32×108J例2：在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，將5kg40℃的水燒開(kāi)，需要完全燃燒多少千克的干木柴？（已知干木柴的燃燒值為1.2×107J/kg，并且燃料完全燃燒放出的熱量全部被水吸收）Q吸=Cm(t2-t1)=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃-40℃)=1.26×106J因?yàn)镼吸=Q放=1.26×106J所以干木柴質(zhì)量解：解：

（1）Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×

40kg×

25℃=4.2×106J；

（2）∵Q吸=Q放,又Q放=mq∴m=Q吸/q=4.2×106J/

3×107J/kg=0.14kg

練習(xí)：

1、太陽(yáng)能熱水器內(nèi)有40kg的水，在陽(yáng)光照射下，水的溫度升高了25℃，求：（1）水吸收的熱量？（2）這些熱量相當(dāng)于完全燃燒多少kg的焦炭放出的熱量

[q焦炭=3×107J/kgC水=4.2×103J/kg.℃]2、在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，質(zhì)量是0.1kg的酒精完全燃燒放出的熱量有40﹪被5kg、50℃的水吸收。那么水溫度升高到多少？[水未燒干q酒精=3×107J/kg]

解：

酒精完全燃燒放出的熱量Q放=mq=0.1Kg×3×107J/Kg=3×106J，

其中被水吸收的熱Q吸=3×106J×40%=1.2×106J，由Q吸=C水m水Δt得：Δt=Q吸/（C水m水）=1.2×106J/（4.2×103J/（Kg·℃）×5Kg）≈57℃由Δt=t2-t1

得水的末溫t2=Δt+t1=57℃+50℃=107℃?！咴谝粯?biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的沸點(diǎn)是100℃，∴水溫度升高到100℃二、熱機(jī)效率

熱機(jī)工作時(shí)，并不能將燃料所蘊(yùn)藏的化學(xué)能全部用來(lái)對(duì)外做有用功，有很大一部分能量在工作過(guò)程中損耗掉了。

由圖可見(jiàn)，真正能轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)外做有用功的能量只是燃料燃燒時(shí)所釋放能量的一部分。熱機(jī)效率：熱機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪芰颗c燃料完全燃燒所釋放的能量的比值稱(chēng)為熱機(jī)效率。提高熱機(jī)效率的主要途徑:減少熱機(jī)工作中的各種能量損失.具體方法:首先要減少燃燒過(guò)程中的熱量損失;

其次是要盡量簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)部分,并選用優(yōu)良的潤(rùn)滑材料減小摩擦,以減少機(jī)械損失.如內(nèi)燃機(jī)要掌握好火花塞點(diǎn)火或噴油嘴噴油的最佳時(shí)間;蒸汽類(lèi)熱機(jī),常將煤研磨成粉狀,用風(fēng)吹入鍋爐內(nèi)燃燒.這些措施都可以使燃料燃燒得更充分一些.各種熱機(jī)的效率:蒸汽機(jī):6﹪~15﹪汽油機(jī)：20﹪~30﹪柴油機(jī)：30﹪~40﹪飛機(jī)上的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)：50﹪~60﹪想想看：熱機(jī)的效率能達(dá)到100﹪嗎？為什么？不能。因?yàn)闊釞C(jī)在工作過(guò)程中一定有能量損失。三、環(huán)境保護(hù)熱機(jī)為人類(lèi)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，但也帶來(lái)了許多環(huán)境污染問(wèn)題。燃料燃燒對(duì)環(huán)境的影響

數(shù)量龐大的汽車(chē)行駛時(shí)排放的廢氣污染是不可忽視的,在一些國(guó)家就曾發(fā)生過(guò)汽車(chē)排放的廢氣對(duì)城市嚴(yán)重污染的事件.如何在保持工業(yè)、交通發(fā)展的同時(shí),又能控制廢氣與粉塵的污染,提高空氣質(zhì)量,保護(hù)我們生存的家園,已引起眾多科學(xué)工作者和全世界各個(gè)國(guó)家的關(guān)注.我國(guó)是正在發(fā)展中的國(guó)家,在發(fā)展建設(shè)的同時(shí),也應(yīng)注意到環(huán)境的保護(hù),右表是我國(guó)1996