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第一节热机 第十四章 内能的利用 教学目标 1.能说出热机的概念和工作原理 2.叙述四冲程汽油机的工作过 程及能量转化 3.知道四冲程柴油机与汽油机 工作过程的异同和各自特点 知识准备 1.什么是内能？ 2.改变内能的两种 方法及实质？ 问题：水沸腾 后会怎样？ 推动塞子的能量来 自哪里？ 演示实验: 1.现象:加热水，水沸 腾后，塞子会冲出来 ，试管口有“白雾”出 现. 2.原因： 水沸腾后，水蒸汽膨胀 塞子做功,内能减少,温 度下降,水蒸汽液化成白 雾. 3.能量转化过程 酒精燃烧：化学能转化为水 蒸气的内能; 水蒸气对外做功:内能转化为 塞子的机械能 热机 一、内能的获得： 通过燃料的燃烧，将通过燃料的燃烧，将 燃料内部的燃料内部的化学能化学能转转 化化为为内能内能。 二、内能的利用： 1、直接加热物体 2、利用内能做功 二、内能的利用： 内能转化为机械能 燃料燃烧将燃料燃烧将化学化学 能能转化为转化为内能内能， 又通过做功将又通过做功将内内 能能转化为转化为机械能机械能 3、热机 定义：将内能转化为机械能的 机器 热机 的原理: 燃料燃烧时将化学能转 化为内能，然后通过做 功将内能转化为机械能 热机的种类： 蒸汽机、内燃机、汽 轮机、喷气发动机 热机的种类 蒸气机、内燃机、汽轮机、 喷气发动机、火箭等 蒸汽机 蒸汽机火车 汽轮机 内燃机 内燃机 飞机上的喷气发动机 火箭上的喷气发动机 二、内燃机 燃料直接在发动机气 缸内燃烧产生动力 的 热机。 1.内燃机定义： 2.内燃机种类 汽油机 柴油机 火花塞 气缸 进气门 活塞 连杆 排气门 曲轴 飞轮 (1)汽油机的构造 火花塞 气缸 进气门 活塞 连杆 排气门 曲轴 飞轮 吸气 压缩 做功 排气 内燃机的 冲程和工作循 环 汽油机工作时 ，活塞在汽缸 里做往复运动 ，活塞从汽缸 的一端运动到 另一端的过程 叫做冲程。 进气门打 开，排气 门关闭， 活塞由上 端向下运 动，汽油 和空气混 合物从进 气门吸入 气缸。 1 吸气冲程 进气门和排 气门都关闭 ，活塞向上 运动，燃料 混合物被压 缩，(气缸 内）压强增 大，温度升 高。 2 压缩冲程 在压缩冲程未尾 ，火花塞产生电 火花，使燃料猛 烈燃烧，产生高 温高压的气体。 高温高压气体推 动活塞向下运动 ，并通过连杆带 动曲轴转动。 3 做功冲程 进气门关闭 ，排气门打 开，活塞向 上运动，把 废气排出气 缸。 4 排气冲程 1.吸气冲程 汽油和 空气 压缩冲程 机械能转 化为内能 。 做功冲程 内能转 化为机 械能。 排气冲程 燃烧后的废气 吸气 压缩 做功 排气 1、在四个冲程中， 哪些冲程发生了能 量的转化？ 2、哪个冲程使汽车 获得了动力？ 3、哪个冲程排出了 汽车的尾气？ 机械能转化 为内能 内能转化 为机械能 获得 动力 排出尾气 4. 一个工作循环由四 个冲程组成，曲轴（或 飞轮）转动两周，活塞 往复两次，对外做功一 次 4.除了做功 冲程，其他 三个冲程都 是靠飞轮的 惯性来工作 的 2、柴油机的构造 喷油嘴 进气门 活塞 连杆 排气门 气缸 曲轴 火花塞 柴油机工作原理 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 吸气冲程 空气 进气门打开，排 气门关闭。活塞 由上端向下端运 动，将空气吸进 气缸。 压缩冲程 进气门和排气门都关 闭，活塞向上运动，活 塞把空气压缩得很小， 空气的压强更大，温度 更高。在压缩冲程末， 缸内空气温度已超过柴 油的着火点。 做功冲程 在压缩冲程末，从喷油 嘴喷出的雾状柴油遇到热 空气立即猛烈燃烧，产生 高温高压的燃气，推动活 塞向下运动，并通过连杆 带动曲轴转动。 排气冲程 燃烧后的废气 进气门关 闭，排气门 打开，活塞 向上运动， 把废气排出 气缸。 想想议议 ： 汽油机和柴油机的工 作过程有什么相同点， 有什么不同点？ 1基本构造和主要部件的作 用相似。 2 每个工件循环都经历四个 冲程：吸气冲程、压缩冲程 、做功冲程、排气冲程。 相同点 3 四个冲程中，只有做功冲程对 外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性 完成。 4 一个工作冲程中，活塞往复两 次，飞轮转动两周，做功一次。 相同点 不同点 1构造不同：汽油机气缸顶有 火花塞，而柴油机气缸顶部有 喷油嘴。 2 燃料不同：汽油机的燃料是 汽油，而柴油机的燃料是柴油 。 3 吸气不同：汽油机吸进汽油 和空气的混合气体，柴油机只 吸进空气。 4 点火不同：汽油机属点燃式 点火，柴油机属压燃式点火。 一个工作循环： 活塞：往复两次。 曲轴：转动两周。 完成：四个冲程。 对外做功：一次。 其它冲程：靠飞轮惯性来完 成。 小结 ： 练习 一台汽油机飞轮转速为 3000R/分，则在1秒内完成 个循环，对外做功 次。 1、热机是利用_ 燃烧获得的_ 能转化为_ 能的机械。 2、常见汽油机工作时，一个工作循环有 _个冲程，包括；_、 _、_、_。在一个 工作循环中，活塞往复_次，曲轴转动 _ 周，燃气做功_次。 3、汽油机在压缩冲程中，_能转化为 _ 能，在做功冲程中，_能转 化为_ 能。 4、汽油机和柴油机在构造上的主要不同是汽油机 的汽缸顶部是_ ，柴油机的汽缸顶部是 _ 。 1.四冲程汽油机的工作过程由( ).( ).( ).( )四 个冲程组成的. 2.四冲程汽油机,由机械能转化为内能的是( )冲程 ,做功冲程是( )能转化为( )能. 3.汽油机吸入汽缸的是( ),点火方式是( ).柴油机 吸入汽缸的是( ),点火方式是( ). 思考: 1.四冲程汽油机的工作过程由( ).( ).( ).( )四 个冲程组成的. 2.四冲程汽油机,由机械能转化为内能的是( )冲程 ,做功冲程是( )能转化为( )能. 3.汽油机吸入汽缸的是( ),点火方式是( ).柴油机 吸入汽缸的是( ),点火方式是( ). 4.某四冲程汽油机飞轮的转速是3600R/min,则它每 秒钟对外做功( )次. 5.四冲程汽油机的三个辅助冲程靠飞机的( )来完成 . 思考: 三、燃料的热值： 2、燃烧相同质量的不同燃料，放出 的热量不同。 1、燃料的种类很多，可分为固体燃料、 液体燃料和气体燃料。 三、燃料的热值： 3、燃料的热值：1kg某种燃料完全燃 烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。 4、热值的单位：J/kg 5、热值的符号：q 三、燃料的热值： 一些燃料的热值一些燃料的热值 (7.18.8) 10 /(Jm ) 天然气3.010 /(Jkg )酒精 约3.910 /(Jkg )煤气3.410 /(Jkg )木炭 1.410 /(Jkg )氢3.010 /(Jkg )焦炭 4.610 /(Jkg )汽油约3.410 /(Jkg ) 无烟煤 4.610 /(Jkg )煤油约2.910 /(Jkg ) 烟煤 3.310 /(Jkg )柴油约1.210 /(Jkg ) 干木柴 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8 7 7 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -3 -3 三、燃料的热值： 6、燃料燃烧放热计算： 小明某次用火炉烧水时，共消耗了1.5kg的烟 煤，试计算这些烟煤完全燃烧放出多少焦的 热量（烟煤的热值q=2.7107J/kg)? 解：Q=mq=1.5kg2.7107J/kg =4.05107J 答：这些煤完全燃烧放出的热量为4.05107J Q=mq 用家用燃气热水器烧水洗澡，假如 洗一次澡要用掉天然气0.14米3. 问:完全燃烧这么多的天然气能放出 多少焦的热量？(q=8107焦耳/米3) 练一练：练一练： 四、燃料的利用率： 思考： 上例中小明烧水用了1.5kg的烟煤，这些煤 完全燃烧放出的热量为4.05107J，实际放 出的热量是4.05107J吗？为什么？水实际 吸收的热量呢？ 水实际吸收的热量，称为有效利用的热量。 四、燃料的利用率： 1、炉子的效率： 有效利用的热量（水吸收的热量）与燃料完 全燃烧放出的热量之比。 公式：= Q吸 Q放 = cmt mq 四、燃料的利用率： 2、提高燃料利用率，节约能源 1）使煤充分燃烧：将煤磨成煤粒，加大 送风量。 2）加大受热面积，减少烟气带走的热量： 四、燃料的利用率： 3、热机的效率：用来做有用功的那部分能 量和燃料完全燃烧放出的热量之比，叫热机的 效率。 燃料的不完全燃烧、气缸部件吸热后的热量 散失、废气带走的热量和克服摩擦做功而消耗 的能量，都是引起能量损失的原因。因此，提 高热机效率，可提高燃料的利用率。 四、燃料的利用率： 提高热机效率的途径和节能方法： （l）尽可能减少各种热损失，如保证良好 的润滑，减少因克服摩擦所消耗的能量； (2)充分利用废气的能量，提高燃料的利用 率，如利用热电站废气来供热。这种既供电又 供热的热电站，比起一般火电站来，燃料的利 用率大大提高。 计算: 1. 完全燃烧15千克热值是 3.4107焦 耳/千克的木炭，能产生多少热量？ 想要获得这些热量,需要完全燃烧 多少千克氢气?(q氢=1.4 108焦耳/ 千克) 3.把5kg、40的水烧开，需要完 全燃烧多少kg的干木柴？ （已知干木柴的燃烧值为1.2107J/kg，外 界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出 的热量全部被水吸收）