第十四章 内能的利用 第2节 热机的效率知识点1:燃料的热值1.燃料的燃烧(1)内能是人类使用量最大的一种能量。目前人类获取内能的主要途径是燃烧燃料。(2)燃料燃烧的实质:是将燃料的化学能转化为内能,即放出热量。(3)燃料的种类:固体燃料,如煤、木柴等;液体燃料,如汽油、柴油等;气体燃料,如氢气、天然气、煤气等。燃烧相同质量的不同燃料,放出的热量是不同的。如燃烧1 kg煤放出的热量,是燃烧1 kg木柴放出热量的2倍多。2.燃料的热值(1)物理学中用燃料的热值表示燃料在完全燃烧时放热本领的大小,即1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量(化学能转化为内能的量)叫做这种燃料的热值。热值是比较不同燃料完全燃烧时放出热量多少的物理量,也是反映燃料完全燃烧化学能转化为内能的本领大小的物理量。“1 kg”和“完全燃烧”是定义燃料热值的条件,反映燃料燃烧时释放能量的本领。“完全燃烧”是指燃料全部燃烧的理想过程,实际上难以达到。(2)单位:J/kg,表示质量是1 kg的某种燃料完全燃烧放出的热量是多少焦。气体燃料的热值通常用J/m3作为单位,表示1 m3的某种气体燃料完全燃烧放出的热量是多少焦。(3)定义式:燃料的热值可以用q=表示,q表示燃料的热值,Q放是指燃料完全燃烧放出的热量,m是指燃料的质量。　　3.热值是燃料的一种特性。同种燃料的热值是个常数,不同燃料的热值一般不同。热值只与燃料的种类有关,与燃料的形状、质量、放出的热量及燃烧情况无关。4.热值表(1)由于热值是燃料的一种特性,某种燃料的热值是个常数,因此经过测量不同燃料的热值,制成热值表,便于查找。(2)分析热值表可以发现:液体燃料的热值一般比固体燃料的热值大,气体燃料的热值更大;有些燃料的热值相同,如煤油和汽油的热值均为4.6×107 J/kg,表示质量为1 kg的煤油(或汽油)完全燃烧放出的热量是4.6×107 J;气体燃料的热值一般用J/m3作为单位,因为一般情况下气体燃料是气态。【例1】　关于燃料的热值,以下说法中正确的是(　　)A.燃料的热值与燃料的种类有关,与燃料的质量和燃烧状况无关B.燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值第 1 页


C.燃料燃烧时,质量越大,热值越大D.燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小答案：A点拨：燃料的热值是燃料本身的一种性质,与燃料是否燃烧、是否完全燃烧、燃料的质量等无关,只与燃料的种类有关,故A正确,C、D错误;热值的定义是1 kg某种燃料完全燃烧时放出的热量,故B错误。知识点2:热机的效率1.燃料的有效利用(1)人们通过燃烧燃料获取内能,燃料是在炉内燃烧的。在利用内能时,有效利用的热量只占燃料完全燃烧放出热量的一部分。如图1所示。图1(2)物理学中用炉子的效率表示燃料的利用率。炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比叫做炉子的效率。(3)表达式:η=,Q有用是指被人们实际利用的热量,如用锅炉烧水,被水吸收的热量是有用的;Q放是指按燃料的热值计算的一定质量的燃料完全燃烧放出的热量。(4)提高炉子效率的途径:①使燃料尽可能充分燃烧,如增大燃烧面积,将煤磨成煤粉,加大送风量;②减少各种热量损失,如加大受热面积。易错警示 锅炉效率反映的是在炉子内燃烧燃料释放能量的利用率问题,与燃料的热值大小无关,与燃料燃烧放出热量的多少无关。2.热机效率(1)热机工作过程中能量的损失:热机是利用燃烧燃料获得的内能来做功的,在热机工作过程中存在各种能量损失。包括:①燃料未能完全燃烧损失的能量;②废气带走一部分能量;③一部分能量消耗在散热上;④克服摩擦做功消耗的能量。因此用来做有用功的能量只占燃料完全燃烧放出热量的一部分。如图2是热机能量走向示意图。图2(2)热机效率:物理学中用热机效率表示热机工作过程中燃料的利用效率,用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,叫做热机的效率。(3)表达式:η=,Q有用表示用来做有用功的那部分能量,Q放表示燃料完全燃烧放出的能量。第 2 页


滑,合理调整运动零件之间的间隙,减小因克服摩擦阻力而额外消耗的功。【例2】 同学们学
习了“能源与可持续发展”的内容后,知道热电站既能发电,又能供热,随着热
电站技术不断更新,煤的燃烧程度比传统火电站更充分。为深入了解,他们对某热电站进行调查,获取
信息如下:工作时
间燃煤发电总功率废气××热
电站20h4000t5×105kW向周边居民供热3.4×1013J(1) ①求
煤完全燃烧放出的热量；②计算20h所发的电量。(2)该
热电站的能量利用率是多少?(3)请你结合
以上信息,写出提高热电站能量利用率的方法。解
：(1)①因为m=4000t=4×106kg,q煤=3×107J/kg,所以煤完全燃烧放出的热量为:Q放=mq煤=4×106kg×3×107J/kg=1.2×1014J。②因为P=5×105kW,所以20h所发的
电为:W电=Pt=5×105kW×20h=1×106kW·h=3.6×1013J。(2)因为Q供
热=3.4×1013J,所以有用的能量为:Q有用=W电+Q供
热=3.6×1013J+3.4×1013J=7×1013J。则
热电站的能量利用率为:η==≈58.3%。(3)①使燃料燃烧更充分.②提高发
电效率.③提高“废气”的能量利用率。点拨：(1)①知
道煤的质量和热值,可利用公式Q放=mq计算出煤完全燃烧放出的热量；②知道
热电站的发电总功率,又知道发电时间,可利用公式W电=Pt计算20h所发的电。(2)20h所发的电
能和周边居民所提供的热能,对我们来说是有用的,可利用公式Q有用=W电+Q供热来计算;已经计算出20h内煤完全燃烧放出的热量,可利用
公式η=计算出热电站的能量利用率。(3)在当今资源较为
紧缺的社会,能源的再利用,进而提高能源的利用率是节能的重点。考
点1:有关热值的计算问题第 3 页
各种热机的效率仍比较低,在节约能源上潜力很大。蒸汽机的效率只有6%～15%;内燃机效率较高,汽油机的效率为20%～30%,柴油机的效率为30%～45%。(4)提高热机效率的途径①使燃料充分燃烧;②尽量减少各种热量损失;③在热机的设计和制造上,采用先进的技术;④使用时,注意保养,保证良好的润


石油与俄罗斯天然气公司签订合同,俄罗斯将通过东线和西线
向中国供气680亿立方米。天然气燃烧时,将　　　　能转化为内能;如果完全燃烧1 m3的天然气所放出的热量全部被水吸收,可在一个
标准大气压下将　　　　kg的水从10 ℃加热到沸腾;这些热量相
当于完全燃烧　　　　kg煤放出的热量。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q天然气=3.78×107 J/m3,q煤=3.15×107J/kg] 答案：化学;100;1.2点拨：因天然气是燃料,燃料燃烧
就是把化学能转化成内能的过程。完全燃烧1 m3的天然气所放出的热量:Q放1=q天然气V=3.78×107 J/m3×1 m3=3.78×107 J;因为Q吸=c水m水Δt,且Q吸=Q放1,所以水的质量为m水===100 kg;由题意知,Q吸=Q放2;Q放2=q煤m煤,所以
需要煤的质量m煤===1.2 kg。考
点2:有关热机效率的计算【例2】　一
台单缸四冲程柴油机,飞轮转速为3 600 r/min,该柴油机活塞1 s对外做功　　次
。若其效率为40%,消耗5 kg的柴油转化为的机械能是　　　　J。(q柴油=4.3×107 J/kg) 答案：30;8.6×107点拨：四
冲程柴油机飞轮转2周,做功一次,根据题意可知,该柴油机每秒转60周,故做功30次。5 kg柴油完全燃烧放出的热量为Q放=q柴油m=4.3×107 J/kg×5 kg=2.15×108 J,根据
热机效率表达式η=,转化成的有用机
械能为W=Q有用=Q放η=2.15×108 J×40%=8.6×107 J。第 4 页
【例1】　2012年4月28日,中