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文檔簡介
第四節(jié)熱機效率和環(huán)境保護第十三章內(nèi)能與熱機
炒菜做飯、奔馳的汽車與火車、火力發(fā)電、直入蒼穹的火箭等都離不開燃料。燃料燃燒的過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的過程。從原始人類學(xué)會用火起,至今,人們使用的能量絕大部分都還是通過燃燒燃料獲得的。復(fù)習(xí)引入生活中人們通常通過什么來獲得能量?
想一想:它們都離不開燃料。燃料燃燒的過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的過程。一、燃料的熱值1、常見的燃料有哪些?
煤、石油(加工煉制成汽油、煤油、柴油和液化氣等)、天然氣等,農(nóng)村還用草木等植物的秸稈作燃料。2、燃料的共同特點是什么?能夠燃燒3、燃料的燃燒本質(zhì)是什么?燃料的燃燒是一種化學(xué)變化。所以燃料燃燒的過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。約2.8Kg約1.16Kg約0.73Kg說明:不同燃料燃燒釋放能量的能力是不同的。這個特性可以用熱值來表示.
不同燃料燃燒釋放能量的能力是否相同呢?想一想:4、燃料的熱值、符號、單位以及表示的物理意義
1Kg某種燃料完全燃燒放出的能量(熱量),叫做這種燃料的熱值,熱值用字母q表示。熱值的單位是:焦/千克,單位符號是“J/kg”,讀著“焦每千克”,氣體燃料的熱值單位符號通常用“J/m3”。表示“1m3某種燃料完全燃燒放出的能量(熱量)為多少焦耳”。無煙煤的熱值為3.4×107J/kg,表示:液化氣的熱值為4.9×107J/m3,表示:1kg的無煙煤在完全燃燒時所放出的熱量為3.4×107J。1m3的液化氣在完全燃燒時所放出的熱量為4.9×107J。5、熱值是燃料的一種特性。只與燃料的種類、形態(tài)有關(guān),與燃料的質(zhì)量、體積等均無關(guān)。常見燃料的熱值【觀察】查熱值表,你有什么發(fā)現(xiàn)?各表示什么物理意義?
6、燃料完全燃燒放出熱量的計算:①Q(mào)放=mq或Q放=vq
(Q表示燃料完全燃燒釋放的熱量;q---燃料的熱值;m---燃料的質(zhì)量;v---氣體燃料的體積)。例題1:計算4Kg柴油完全燃燒釋放的熱量。(q=3.3×107J/Kg)解:Q放=mq=4Kg×3.3×107J/Kg=1.32×108J答:完全燃燒釋放的熱量為1.32×108J例題2:把5kg40℃的水燒開,需要完全燃燒多少kg的干木柴?(已知干木柴的燃燒值為1.2×107J/kg,外界為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,并且燃料完全燃燒放出的熱量全部被水吸收)
分析:利用吸熱公式Q吸=Cm(t-t0)可以算出將水燒開要吸收多少熱量,解題時應(yīng)注意在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水的沸點是100℃,即水燒開時的溫度為100℃,再利用燃料的燃燒值求干木柴的質(zhì)量.
解答:Q吸=Cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃-40℃)=1.26×106J因為Q吸=Q放=1.26×106J所以干木柴質(zhì)量練一練:二、熱機效率
熱機工作時,并不能將燃料所蘊藏的化學(xué)能全部用來對外做有用功,有很大一部分能量在工作過程中損耗掉了。二、熱機效率1、熱機中燃料燃燒釋放能量的走向:(1)有用功(4)(3)(2)
由圖可見,真正能轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν庾鲇杏霉Φ哪芰恐皇侨剂先紵龝r所釋放能量的一部分。2、熱機效率:熱機轉(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為熱機效率。熱機的效率小于1。
3、熱機效率的公式:=
提高熱機效率的主要途徑:減少熱機工作中的各種能量損失.具體方法:首先要減少燃燒過程中的熱量損失;
其次是要盡量簡化機械傳動部分,并選用優(yōu)良的潤滑材料減小摩擦,以減少機械損失.如內(nèi)燃機要掌握好火花塞點火或噴油嘴噴油的最佳時間;蒸汽類熱機,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.各種熱機的效率:蒸汽機:6﹪~15﹪汽油機:20﹪~30﹪柴油機:30﹪~40﹪飛機上的噴氣式發(fā)動機:50﹪~60﹪
想一想熱機的效率能達到100%嗎?為什么?
不能達到100%,因為熱機中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃燒所放出的能量的一部分,因為各種熱量損失以燃料條件的限制,這部分能量遠遠小于總能量,所以其與燃料完全燃燒所放出的總能量的比值必然小于1,即熱機效率小于100%。議一議怎樣提高熱機的效率?使燃料充分燃燒;盡量減少各種熱量損失;在熱機的設(shè)計和制造上采用先進的技術(shù);注意保養(yǎng),保證良好的潤滑,減少因克服摩擦阻力而額外消耗的能量。三、環(huán)境保護熱機為人類的發(fā)展做出了重大貢獻,但也帶來了許多環(huán)境污染問題。燃料燃燒對環(huán)境的影響1.對人體健康的直接危害,硫酸霧和硫酸鹽霧的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部組織,引起肺水腫等疾病而使人致死.2.引起河流、湖泊的水體酸化,嚴(yán)重影響水生動植物的生長.3.破壞土壤、植被、森林.4.腐蝕金屬、油漆、皮革、紡織品及建筑材料.5.滲入地下,使水中鋁、銅、鋅、鎘的含量比中性地下水中高很多倍.酸雨的危害結(jié)束洛杉機光化學(xué)煙霧事件
首先,什么是光化學(xué)煙霧呢?氮氧化物、烴類等一次污染物在陽光紫外線的作用下發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng),生成臭氧(占產(chǎn)物85%以上)、過氧乙酰硝酸酯、高活性自由基、醛類、酮類和有機酸等二次污染物,這些一次污染物和二次污染物形成的混合物稱為光化學(xué)煙霧,它呈淺蘭色、有刺激性和很強的氧化性,可造成人類及動植物疾病、建筑物毀壞等危害。洛杉機光化學(xué)煙霧事件是指40年代初期至50年代,發(fā)生于美國洛杉機市的一系列光化學(xué)煙霧事件的總稱。該市臨海依山,處于50公里長的盆地中,一年有300天出現(xiàn)逆溫(即大氣層某一高度上的溫度不隨高度遞減,出現(xiàn)反常增加或不變。這會阻礙大氣向上的對流擴散和污染物的擴散),5~10月陽光強烈。由于大量汽車排放含氮氧化物、碳氫化合物、一氧化碳等廢氣,加之洛杉機市特殊的地理及氣候條件,自1943年開始,形成了多次光化學(xué)煙霧事件。當(dāng)?shù)鼐用窦娂姺磻?yīng)有眼睛或喉嚨刺激,其中以1952年的一次最為嚴(yán)重,大批居民發(fā)生眼睛紅腫、喉痛、咳嗽、皮膚潮紅等癥狀,嚴(yán)重者心肺功能衰竭,導(dǎo)致近400位65歲以上老人死亡。此外,植物大面積死亡,車禍增多。
討論交流
如何保護我們的環(huán)境?改進燃燒設(shè)備,加裝消煙除塵裝置;集中供熱;改用氣體燃料,普及煤氣和天然氣;充分開發(fā)利用污染少和無污染的新能源。當(dāng)堂檢測反饋1、四口這家分別單獨使用不同種類的燃料時的平均月消耗分別為:木柴約200千克,煙煤約80千克,液化石油氣約30千克,煤氣約60千克。這四種燃料中的熱值最高的是()A、液化石油氣B、煤氣C、煙煤D、木柴A2、航天工業(yè)中的火箭是用液態(tài)氫作為燃料的,這是因為液態(tài)氫具有()A、較小的質(zhì)量B、較小的密度C、較大的比熱容D、較大的熱值D3、柴油機是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的熱機,已知某型號柴油機的效率是30%,在柴油機內(nèi)完全燃燒2千克柴油能放熱
J,這些熱通過柴油機的轉(zhuǎn)化能對外做有用功
J。
(柴油的熱值為3.3×107J/kg4、完全燃燒140克焦炭(焦炭的熱值為3.0×107J/kg)能放出多少熱量?若
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