九年级物理全册 13.4 热机效率和环境保护课件 （新版）沪科版.ppt

第十三章内能与热机 第四节热机效率和环境保护 它们都离不开燃料 燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程 一 内能的利用 人类利用燃料燃烧获得了大量的内能 那么人们是如何利用这些内能的呢 1 利用内能加热 内能的一个重要应用就是直接用来加热物体 例如 生火煮饭 生火取暖 暖气设备利用内能加热的本质 能量 内能 的转移 给小区住户供暖的锅炉设备 上海浦东煤气厂 煤气厂球罐 煤气厂夜景 2 利用内能做功 内能的另一个重要应用就是用来做功 例如 汽车 火车 飞机 火箭 火电站和热电站等 利用内能做功的实验 分析 在这个实验中 燃料燃烧时的化学能转化为内能 传给水和水蒸气 利用内能加热 水蒸气把塞子冲出去 利用内能做功 内能转化为塞子的机械能 固体燃料 液体燃料 气体燃料 燃料可分为三种 请你说说 日常生活中常用到的燃料有哪些 常见的燃料有煤 石油 加工炼制成汽油 煤油 柴油和液化气等 天燃气等 农村还用草木等植物的秸杆作燃料 你能列举一些常见的燃料吗 它们分别属于哪一类 质量相等的不同燃料在完全燃烧时所放出的热量是不同的 在物理学中 把1kg某种燃料在完全燃烧时所放出的热量叫做燃料的热值 热值的符号 q单位 j kg j m3 固体和液体燃料 气体燃料 热值是反映燃料燃烧时化学能转化为内能的本领的大小的物理量 同种燃料的热值与燃料的质量无关 q mq 质量为m的燃料完全燃烧释放的能量是 q 燃料完全燃烧释放的热量 燃料的热值 燃料的质量 无烟煤的热值为3 4 107j kg 表示1kg的煤在完全燃烧时所放出的热量为3 4 107j 液化气的热值为4 9 107j m3 表示1m3的液化气在完全燃烧时所放出的热量为4 9 107j 请计算 干木柴 烟煤 汽油 三 热机效率 讨论交流 热机工作时 能不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功呢 由于机械传动等 克服摩擦所消耗的能量 燃料很难全部燃烧 燃料的化学能不能全部释放 机械传热损失一部分能量 热机真正转变为对外做功的部分 废气排出带走的能量 热机中燃料释放能量的主要走向示意图 由图可见 真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分 1 热机效率 热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率 提高热机效率的主要途径 减少热机工作中的各种能量损失 具体方法 首先要减少燃烧过程中的热量损失 其次是要尽量简化机械传动部分 并选用优良的润滑材料减小摩擦 以减少机械损失 各种热机的效率 蒸汽机 6 15 汽油机 20 30 柴油机 30 40 飞机上的喷气式发动机 50 60 议一议 怎样提高热机的效率 使燃料充分燃烧 尽量减少各种热量损失 在热机的设计和制造上采用先进的技术 注意保养 保证良好的润滑 减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量 想一想 热机的效率能达到100 吗 为什么 不能达到100 因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分 因为各种热量损失以燃料条件的限制 这部分能量远远小于总能量 所以其与燃料完全燃烧所放出的总能量的比值必然小于1 即热机效率小于100 三 环境保护 热机为人类的发展做出丑了重大贡献 但也带来了许多环境污染问题 1 对人体健康的直接危害 硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多 可以侵入肺的深部组织 引起肺水肿等疾病而使人致死 2 引起河流 湖泊的水体酸化 严重影响水生动植物的生长 3 破坏土壤 植被 森林 4 腐蚀金属 油漆 皮革 纺织品及建筑材料 5 渗入地下 使水中铝 铜 锌 镉的含量比中性地下水中高很多倍 酸雨的危害 讨论交流 如何保护我们的环境 改进燃烧设备 加装消烟除尘装置 集中供热 改用气体燃料 普及煤气和天然气 充分开发利用污染少和无污染的新能源 洛杉机光化学烟雾事件首先 什么是光化学烟雾呢 氮氧化物 烃类等一次污染物在阳光紫外线的作用下发生一系列光化学反应 生成臭氧 占产物85 以上 过氧乙酰硝酸酯 高活性自由基 醛类 酮类和有机酸等二次污染物 这些一次污染物和二次污染物形成的混合物称为光化学烟雾 它呈浅兰色 有刺激性和很强的氧化性 可造成人类及动植物疾病 建筑物毁坏等危害 洛杉机光化学烟雾事件是指40年代初期至50年代 发生于美国洛杉机市的一系列光化学烟雾事件的总称 该市临海依山 处于50公里长的盆地中 一年有300天出现逆温 即大气层某一高度上的温度不随高度递减 出现反常增加或不变 这会阻碍大气向上的对流扩散和污染物的扩散 5 10月阳光强烈 由于大量汽车排放含氮氧化物 碳氢化合物 一氧化碳等废气 加之洛杉机市特殊的地理及气候条件 自1943年开始 形成了多次光化学烟雾事件 当地居民纷纷反应有眼睛或喉咙刺激 其中以1952年的一次最为严重 大批居民发生眼睛红肿 喉痛 咳嗽 皮肤潮红等症状 严重者心肺功能衰竭 导致近400位65岁以上老人死亡 此外 植物大面积死亡 车祸增多 当堂检测反馈 1 四口这家分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗分别为 木柴约200千克 烟煤约80千克 液化石油气约30千克 煤气约60千克 这四种燃料中的热值最高的是 a 液化石油气b 煤气c 烟煤d 木柴 a 2 航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料的 这是因为液态氢具有 a 较小的质量b 较小的密度c 较大的比热容d 较大的热值 d 3 热机效率是指 的能量与 之比 热机效率总小于1 因为a b c d 用来做有用功的能量 燃料完全燃烧放出的热量 燃料并未完全燃烧 废气带走一部分能量 零件之间摩擦 消耗部分能量 曲轴获得的机械能也没有完全用来对外做功 例1 小明学习了有关热学的知识后 知道水的比热容是4 2 103j kg 他想估算一下自己家每天烧水 做饭需要的热量 于是小明仔细记录了他家每天烧水 煮饭 炒菜需要的时间 并把它折算成烧水时间 相当于每天将30kg 20 的水烧开 1 小明家每天烧水做饭需要多少热量 2 如果普通煤的热值是3 107j kg 从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少千克煤 3 若小明家每天实际用煤2kg 由此小明计算出他家煤炉的效率是多少 你认为小明家煤炉效率低的原因是什么 例2 小兵同学想知道一辆小汽车的实际效率是多少 他从驾驶员师傅处了解到 该汽车100km耗油约7 从书上查得汽油的热值q 4 6 107j 他又测出在平直公路上 人用644n的水平拉力可使汽车匀速前进 空气阻力不计 求 该小汽车行驶100km 消耗的总能量是多少 该小汽车匀速行驶100km 做的有用功是多少 该小汽车的效率是多少 若汽油充分燃烧 汽油燃烧放出的总能量转化成了哪几种形式的能 3 柴油机是工农业生产中常用的热机 已知某型号柴油机的效率是30 在柴油机内完全燃烧2千克柴油能放热j 这些热通过柴油机的转化能对外做有用功j 柴油的热值为3 3 107j kg 4 完全燃烧140克焦炭 焦炭的热值为3 0 107j kg 能放出多少热量 若这些热量的30 被水吸收 则能使30kg 20 的水温度升高