第十四章 內(nèi)能的利用（知識(shí)清單） 第1節(jié) 熱機(jī) 一、熱機(jī) 1. 熱機(jī)：利用內(nèi)能做功的機(jī)械叫熱機(jī)。汽車、輪船和飛機(jī)等發(fā)動(dòng)機(jī)都是利用燃燒燃料釋放的內(nèi)能做功的裝置，都是熱機(jī)。 2. 熱機(jī)的種類：常見的有蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。 3. 熱機(jī)的工作原理：燃料的化學(xué)能→內(nèi)能→機(jī)械能。 4. 內(nèi)燃機(jī)：燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī)。內(nèi)燃機(jī)根據(jù)其所使用的燃料分為汽油機(jī)和柴油機(jī)兩類。 二、汽油機(jī) 1. 工作原理：利用汽油在汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)鈦硗苿?dòng)活塞做功。 2. 主要結(jié)構(gòu)：汽缸、活塞、連桿、曲軸、進(jìn)氣門、排氣門、火花塞。 3. 工作過程 （1）沖程：活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從汽缸的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過程，叫做一個(gè)沖程。 （2）四個(gè)沖程：汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)由四個(gè)沖程組成：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。 （3）完成一個(gè)工作循環(huán)，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)2次，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)2周，對(duì)外做功1次. （4）汽油機(jī)的工作過程 3. 柴油機(jī)與汽油機(jī)的異同 柴油機(jī)的工作過程與汽油機(jī)大致相同，也是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán)，在一個(gè)工作循環(huán)中，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)外做功一次。 柴油機(jī)和汽油機(jī)構(gòu)造及工作過程的不同點(diǎn)： （1）汽油機(jī)汽缸頂部有火花塞，在壓縮沖程末，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體（俗稱“點(diǎn)燃式”）；柴油機(jī)汽缸頂部沒有火花塞，只有噴油嘴，在壓縮沖程結(jié)束時(shí)，壓縮空氣的溫度已經(jīng)超過柴油的燃點(diǎn)，此時(shí)從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣就立刻燃燒起來（俗稱“壓燃式”）。 （2）汽油機(jī)吸氣沖程吸入空氣和汽油的混合物；柴油機(jī)吸入氣缸內(nèi)的物質(zhì)只有空氣。 第2節(jié) 熱機(jī)的效率 一、熱值 1. 燃料（可燃燒的物質(zhì)） （1）燃料的種類：固體燃料有木柴、煤；液體燃料有汽油、酒精；氣體燃料有煤氣、天然氣等。 （2）燃料燃燒時(shí)能的轉(zhuǎn)化：燃料的燃燒是一種化學(xué)變化，燃燒過程中，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 2．熱值 （1）定義：我們把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值。熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。 （2）公式：q =  EQ \F(Q放, m)  Q放是燃料放出的熱量，單位是J； m是質(zhì)量，單位是kg；q是熱值，單位是J/kg。 （3）單位：焦/千克，符號(hào)J/kg。 （4）熱值的物理意義：熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。如木炭的熱值為3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃燒時(shí)放出的熱量是3.4×107J。 熱值是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均無關(guān)。同種燃料的熱值相同，不同種燃料的熱值一般不同。 （5）燃料燃燒放出熱量：Q放＝qm； （6）氣體燃料的熱值：q= EQ \F( Q放, V)  V表示氣體燃料的體積，單位是m； Q表示放出的熱量，單位是J；q表示氣體燃料的熱值，單位使用焦/米3 （J/m3 ）。 二、熱機(jī)的效率： 1. 日常生活中的熱效率：η =  EQ \F(有效利用的熱量, 燃料完全燃燒放出的熱量) = EQ \F(Q有用, Q總)  2. 熱機(jī)的效率 （1）用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫熱機(jī)的效率。 （2）公式：。 （3）物理意義：熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的重要指標(biāo)。熱機(jī)的效率表示使用熱機(jī)時(shí)對(duì)燃料的利用率的高低，熱機(jī)的效率高，在做功同樣多的情況下，就消耗更少的燃料，節(jié)約能源。 3. 提高熱機(jī)效率的主要途徑 （1）盡量減少各種熱量損失，設(shè)法利用廢氣的能量 大型發(fā)電機(jī)常常用蒸汽輪機(jī)推動(dòng)，為了提高燃料的利用率，人們利用蒸汽輪機(jī)排出的廢氣來供熱，這就是熱電站。 （2）在熱機(jī)的設(shè)計(jì)和制造上，采用先進(jìn)的技術(shù). （3）使用時(shí)，注意保養(yǎng)，保證良好的潤滑，合理調(diào)整各零件之間的間隙，減小因克服摩擦阻力而額外消耗的能量. 4. 熱機(jī)效率總小于1的原因： 因?yàn)闊釞C(jī)中用于做有用功的能量只是燃料完全燃燒所放出的總能量的一部分，由于各種能量的損失和燃燒條件的限制，這部分能量一定小于完全燃燒放出總能量，所以有用功的能量與燃燒放出的總能量的比值必然小于1，即熱機(jī)的效率一定小于1。 第3節(jié) 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 一、能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移 1. 自然界存在著各種不同形式的能量 （1）機(jī)械能：機(jī)械能包括動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能。 （2）內(nèi)能：構(gòu)成物體的所有分子，其熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和，叫做物體的內(nèi)能。一切物體都具有內(nèi)能。 （3）太陽能：太陽能是一種可再生能源。 （4）化學(xué)能：各種物質(zhì)都儲(chǔ)存化學(xué)能，如燃料、動(dòng)物、食物都儲(chǔ)存有化學(xué)能。 （5）電能：電能是指使用電以各種形式做功的能力。 （4）核能：即原子能。原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化放出的能量。 2. 能量的轉(zhuǎn)化 自然界中的各種現(xiàn)象都是互相聯(lián)系的。在一定條件下，各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的。例如“鉆木取火”是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；蒸汽機(jī)火車是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 3. 能量的轉(zhuǎn)移 能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，也可以從物體的一部分轉(zhuǎn)移到其他部分。 例如，在熱傳遞過程中，內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體或從物體的高溫部分轉(zhuǎn)移到低溫部分，這些都屬于能量的轉(zhuǎn)移。 二、能量守恒定律 1. 能量守恒定律：能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。 2. 對(duì)能量守恒定律的理解 （1）能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學(xué)到地質(zhì)、生物，大到宇宙天體。小到原子核內(nèi)部，只要有能量轉(zhuǎn)化，就一定服從能量守恒的規(guī)律。從日常生活到科學(xué)研究、工程技術(shù)，這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。 （2）能量守恒定律包括“能量轉(zhuǎn)化”和“能量轉(zhuǎn)移”兩個(gè)方面。 3. 永動(dòng)機(jī) （1）不少人曾設(shè)想制造一種不需要?jiǎng)恿湍茉丛床粩嗟貙?duì)外做功的機(jī)器，人們把這種機(jī)器叫做永動(dòng)機(jī)。然而，從沒有一種永動(dòng)機(jī)成功過。 （2）能量守恒定律使人們認(rèn)識(shí)到：任何一部機(jī)器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，而不能無中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永動(dòng)機(jī)。 沖程 名稱進(jìn)氣門排氣門活塞 運(yùn)動(dòng)沖程的作用能量轉(zhuǎn)化吸氣 沖程開閉向下吸入燃料和空氣的混合物壓縮 沖程閉閉向上壓縮燃料和空氣的混合物， 使其內(nèi)能增大，溫度升高機(jī)械能轉(zhuǎn) 化為內(nèi)能做功 沖程閉閉向下火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃燃料，高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功，帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化 為機(jī)械能排氣 沖程閉開向上排出廢氣

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