內(nèi)能和熱機(jī)復(fù)習(xí)課課件

內(nèi)能和熱機(jī)復(fù)習(xí)課這節(jié)課我們將回顧內(nèi)能和熱機(jī)的基本概念，并深入探討相關(guān)應(yīng)用和例子。課程目標(biāo)知識目標(biāo)理解內(nèi)能、熱量、熱力學(xué)第一定律的概念。了解熱機(jī)、制冷設(shè)備的工作原理。能力目標(biāo)能夠運(yùn)用內(nèi)能、熱量、熱力學(xué)第一定律等知識解決簡單問題。能夠分析熱機(jī)效率的影響因素。了解可再生能源。內(nèi)能的定義能量的總和內(nèi)能是物體內(nèi)部所有微觀粒子動能和勢能的總和。微觀粒子運(yùn)動分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動，具有動能，分子之間存在相互作用力，具有勢能。溫度變化內(nèi)能的大小與物體的溫度有關(guān)，溫度越高，內(nèi)能越大。狀態(tài)變化內(nèi)能還與物體的狀態(tài)有關(guān)，狀態(tài)變化時內(nèi)能也會變化。內(nèi)能與溫度的關(guān)系內(nèi)能是所有微觀粒子動能和勢能的總和。溫度是物體冷熱程度的標(biāo)志，是物體分子平均動能的反映。1溫度升高分子平均動能增加2內(nèi)能增加分子運(yùn)動加劇3微觀粒子運(yùn)動包括平動、轉(zhuǎn)動、振動內(nèi)能的傳遞方式熱傳遞熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，直到兩者溫度相等。做功物體之間進(jìn)行機(jī)械能交換，導(dǎo)致內(nèi)能變化。熱量的定義11.熱能傳遞熱量是物體間由于溫度差而傳遞的能量，從高溫物體傳遞到低溫物體。22.能量形式熱量是能量的一種形式，表示熱能傳遞的多少。33.單位熱量的單位是焦耳（J），在日常生活中也常用千卡（kcal）來表示。44.特征熱量是傳遞過程，而不是物體所擁有的能量，它的大小取決于溫度差和熱傳遞的時間。熱量的傳遞形式熱傳導(dǎo)熱量通過物體內(nèi)部的微觀粒子運(yùn)動傳遞，從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體。熱對流熱量通過流體的流動傳遞，例如，熱空氣上升，冷空氣下降。熱輻射熱量通過電磁波傳遞，例如，太陽輻射的熱量。第一定律能量守恒定律熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)，描述了能量在不同形式之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律。它指出，在一個封閉系統(tǒng)中，系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于外界對系統(tǒng)所做的功和系統(tǒng)從外界吸收的熱量的總和。公式ΔU=W+Q其中，ΔU表示內(nèi)能變化，W表示外界對系統(tǒng)所做的功，Q表示系統(tǒng)從外界吸收的熱量。第一定律應(yīng)用1能量守恒內(nèi)能變化等于熱量和做功的代數(shù)和2熱機(jī)效率有效利用能量，提高效率3制冷系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)制冷效果第一定律應(yīng)用廣泛，例如解釋熱機(jī)效率、制冷系統(tǒng)等。熱機(jī)利用燃料燃燒釋放的熱量做功，制冷系統(tǒng)通過能量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)制冷效果。熱機(jī)的基本概念1將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，推動活塞做功。2典型的熱機(jī)汽油發(fā)動機(jī)、柴油發(fā)動機(jī)、蒸汽機(jī)等等。3工作循環(huán)吸熱、做功、排熱、壓縮四個步驟循環(huán)進(jìn)行。熱機(jī)的基本工作過程吸熱熱機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃?，例如燃燒燃料產(chǎn)生的熱量。做功熱機(jī)利用吸收的熱量做功，例如推動活塞、轉(zhuǎn)動輪子。排熱熱機(jī)將一部分熱量排放到低溫?zé)嵩?，例如環(huán)境中。熱機(jī)效率的定義熱機(jī)效率熱機(jī)效率是指熱機(jī)將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的比例。公式熱機(jī)效率等于有用功與燃料燃燒放出的熱量之比。數(shù)值范圍熱機(jī)效率是一個小于1的數(shù)值，表示熱機(jī)不能將所有熱能都轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。影響因素?zé)釞C(jī)效率受到多種因素的影響，包括熱機(jī)類型、工作環(huán)境、燃料類型等?？ㄖZ循環(huán)1等溫膨脹系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次諢崃?，體積膨脹，溫度不變，做功，內(nèi)能不變2絕熱膨脹系統(tǒng)不做功，溫度降低，內(nèi)能減少3等溫壓縮系統(tǒng)向低溫?zé)嵩捶艧?，體積縮小，溫度不變，外界對系統(tǒng)做功，內(nèi)能不變4絕熱壓縮外界對系統(tǒng)做功，溫度升高，內(nèi)能增加卡諾效率卡諾效率理論上，熱機(jī)在可逆循環(huán)中所能達(dá)到的最高效率公式η=1-T1/T2T1低溫?zé)嵩礈囟萒2高溫?zé)嵩礈囟瓤ㄖZ效率是熱機(jī)效率的理論上限，實(shí)際熱機(jī)效率永遠(yuǎn)無法達(dá)到卡諾效率。實(shí)際熱機(jī)效率實(shí)際熱機(jī)效率是指熱機(jī)實(shí)際輸出的有效功與消耗的燃料能量之比，通常遠(yuǎn)低于理論效率。實(shí)際熱機(jī)效率受到多種因素的影響，包括熱損失、摩擦損失、排氣損失等。10%汽油機(jī)汽油機(jī)熱效率一般在10%左右。40%柴油機(jī)柴油機(jī)熱效率一般在40%左右。70%大型燃?xì)廨啓C(jī)大型燃?xì)廨啓C(jī)熱效率可達(dá)70%左右。導(dǎo)致熱機(jī)效率損失的因素摩擦損失熱機(jī)部件之間的摩擦?xí)哪芰?，?dǎo)致效率降低。熱量損失熱機(jī)無法將所有熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，部分熱量會以熱的形式散失到環(huán)境中。燃燒不完全燃燒過程中，燃料沒有完全燃燒，會導(dǎo)致能量損失。廢氣損失熱機(jī)排出廢氣，帶走部分能量。蒸汽發(fā)動機(jī)蒸汽發(fā)動機(jī)是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的動力機(jī)械。它利用燃燒燃料產(chǎn)生的熱量將水加熱變成高溫高壓蒸汽，推動活塞做功。蒸汽發(fā)動機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，是工業(yè)革命的重要標(biāo)志之一，對社會發(fā)展起著重要作用。汽油發(fā)動機(jī)汽油發(fā)動機(jī)是一種常見的內(nèi)燃機(jī)，利用汽油燃燒產(chǎn)生的熱能推動活塞做功。汽油發(fā)動機(jī)通常由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣四個沖程組成。柴油發(fā)動機(jī)柴油發(fā)動機(jī)利用壓縮空氣的高溫點(diǎn)燃燃料的方式工作。柴油發(fā)動機(jī)工作效率高，燃油經(jīng)濟(jì)性好。柴油發(fā)動機(jī)的工作過程包括：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣。柴油發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性比汽油發(fā)動機(jī)更佳，更適合重型車輛、船舶和發(fā)電廠使用。柴油發(fā)動機(jī)的排放物較多，需要采用環(huán)保技術(shù)降低排放。熱泵的原理逆向熱力循環(huán)熱泵利用壓縮機(jī)和制冷劑，將低溫?zé)嵩吹臒崃哭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩?。吸收熱量制冷劑在低溫?zé)嵩次諢崃浚舭l(fā)變成氣態(tài)。壓縮機(jī)壓縮機(jī)提高制冷劑的壓力和溫度，使其能傳遞熱量到高溫?zé)嵩?。釋放熱量高溫高壓的制冷劑在高溫?zé)嵩瘁尫艧崃浚Y(jié)成液態(tài)。熱泵的應(yīng)用1供暖制冷熱泵可以用于住宅、商業(yè)建筑和工業(yè)設(shè)施的供暖和制冷，提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。2熱水供應(yīng)熱泵可以高效地從空氣、水或地下提取熱量，用于加熱生活用水，節(jié)約能源。3工業(yè)應(yīng)用熱泵在工業(yè)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，例如干燥、蒸發(fā)和高溫?zé)崴墓?yīng)。4農(nóng)業(yè)應(yīng)用熱泵可以用于溫室、畜牧養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗。制冷的基本原理熱傳遞原理制冷機(jī)通過吸收熱量，降低被冷卻物體溫度，達(dá)到制冷效果。制冷劑制冷劑吸收熱量后，氣化，在壓縮機(jī)的作用下，溫度升高，將熱量釋放到外部環(huán)境。冷凝器制冷劑通過冷凝器釋放熱量，凝結(jié)成液體，進(jìn)入節(jié)流裝置，再次進(jìn)入蒸發(fā)器，完成制冷循環(huán)。制冷循環(huán)過程壓縮制冷劑被壓縮機(jī)壓縮，溫度和壓力升高。冷凝高溫高壓的制冷劑在冷凝器中釋放熱量，轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w。節(jié)流液體制冷劑通過節(jié)流裝置，壓力降低，部分液體汽化。蒸發(fā)低溫低壓的制冷劑在蒸發(fā)器中吸收熱量，完成汽化過程，完成制冷循環(huán)。制冷劑的選擇環(huán)保性制冷劑應(yīng)具有低全球變暖潛能值(GWP)，盡量減少對環(huán)境的影響。安全性制冷劑應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易燃、不易爆，對人體無毒。效率制冷劑應(yīng)具有良好的熱力學(xué)性能，能有效地吸收和釋放熱量，提高制冷效率。可用性制冷劑應(yīng)易于獲得，價格合理，并符合相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。制冷系統(tǒng)的構(gòu)成壓縮機(jī)壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的心臟，它將制冷劑蒸汽壓縮成高溫高壓的蒸汽。冷凝器冷凝器將高溫高壓的制冷劑蒸汽冷卻成液態(tài)，釋放熱量。節(jié)流裝置節(jié)流裝置將高壓液態(tài)制冷劑減壓，使其部分汽化，吸收周圍環(huán)境的熱量。蒸發(fā)器蒸發(fā)器吸收周圍環(huán)境的熱量，將低壓液態(tài)制冷劑汽化，從而降低環(huán)境溫度。常見制冷設(shè)備制冷設(shè)備在現(xiàn)代生活中應(yīng)用廣泛，家用空調(diào)、冰箱、冷藏車等都是常見的制冷設(shè)備。家用空調(diào)主要用于室內(nèi)降溫，冰箱用于食品冷藏，冷藏車用于運(yùn)輸易腐物品。大型制冷設(shè)備主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域，例如冷庫、冷凍機(jī)等。冷庫主要用于存儲大量冷藏物品，冷凍機(jī)用于提供低溫環(huán)境，用于科研、醫(yī)療等領(lǐng)域?？稍偕茉锤攀龆x可再生能源是指可以自然補(bǔ)充的能源。太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能和地?zé)崮芏际强稍偕茉吹睦?。?yōu)勢可再生能源的可持續(xù)性使其成為傳統(tǒng)化石燃料的有力替代方案?？稍偕茉吹膽?yīng)用有助于減少溫室氣體的排放。挑戰(zhàn)可再生能源技術(shù)的成本可能很高，并且依賴于天氣狀況?？稍偕茉吹拇鎯蛡鬏斠残枰M(jìn)行創(chuàng)新。太陽能發(fā)電1光伏效應(yīng)太陽能電池板將陽光轉(zhuǎn)化為電能，提供清潔能源。2環(huán)保優(yōu)勢太陽能發(fā)電無污染，減少碳排放，保護(hù)環(huán)境。3應(yīng)用廣泛住宅、商業(yè)建筑、電網(wǎng)等都可應(yīng)用太陽能發(fā)電。4成本降低技術(shù)發(fā)展使太陽能發(fā)電成本降低，普及率提升。風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能利用風(fēng)力發(fā)電利用風(fēng)能驅(qū)動風(fēng)力渦輪機(jī)，將動能轉(zhuǎn)換為電能。風(fēng)力發(fā)電廠通常建在風(fēng)資源豐富的地方，例如海岸線、山區(qū)或草原。環(huán)保優(yōu)勢風(fēng)力發(fā)電是清潔的可再生能源，不會產(chǎn)生二氧化碳等污染物。風(fēng)力發(fā)電可以有效減少化石燃料的消耗，降低溫室氣體排放。地?zé)崮芾玫責(zé)崮艿膬?yōu)勢清