热机和内燃机

2 1热机 观察实验 在一个试管中装一些水 用软木塞塞紧 对试管加热使水沸腾 会看到什么现象 你想到了什么 现象 塞子被试管内热气推出 试管口有 白雾 生成 你能说出在这一过程中能量如何转化呢 2 水蒸汽对活塞做功 又将内能转化成机械能 从而使活塞获得了动力 1 酒精燃烧的化学能转化为水和水蒸汽的内能 1 看到了什么现象 塞子被冲出 并且瓶口有生成 2 整个过程中 能量是怎样转化的 燃料燃烧将 能转化为 能 传给水和水蒸气 水蒸气将塞子推出 将它的 能转化为塞子的 3 上面的装置就是一个简单原始的热机 雾 化学 内 内能 机械能 通过这个实验原理 瓦特在1769年改进完善了纽科门蒸汽机 这种蒸汽机在之后的一百多年里对工业的发展起了极其重要的作用 如果把试管变成汽缸 把水换成燃料 让燃料在汽缸内燃烧 形成高温高压的燃气来推动活塞做功 便产生了内燃机 如右图 像这种能够将内能转化为机械能的机器统称为热机 蒸汽机 简单内然机 二冲程汽油机工作原理 喷气式发动机 2 热机的种类 蒸气机 内燃机 蒸汽轮机 喷气发动机 火箭发动机等 1 定义 通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能的机械 燃料 内能 机械能 化学能 3 热机的定义和能量转化 一 热机 二 蒸汽机 最早的热机 由于采矿业和纺织业的需求 蒸汽机的出现推动了18世纪末期第一次工业革命 全球进入了 蒸汽时代 欧美国家率先完成工业革命 成为世界强国 工业发展迅速 需要大量的原材料和市场 中国就是由于在这个时候闭关锁国 没有进行工业革命 导致生产力落后 1840年鸦片战争开启了中国半殖民地和半封建社会的时期 1 蒸汽机工作原理视频 2 2内燃机 1 如图所示在一个试管中装一些水 用软木塞塞紧 用酒精灯对试管加热使水沸腾 会看到什么现象 利用这个装置能得到什么 2 将几滴酒精滴入盒内 让其燃烧会发生什么现象呢 试管热机 知识回顾 发生一起强有力的爆炸 像这种把燃料放入内部燃烧从而获得更为强大动力的热机 我们把它叫做内燃机 对比可知 将燃料放入内部燃烧可以大大地提高燃料的利用率 即消耗更少的燃料 可获得更为强大的动力 3 对比分析 1 所耗酒精一样多吗 谁多谁少 2 所获得力量谁大谁小 为什么呢 一 内燃机1 内燃机的定义 汽油机 柴油机 燃料在气缸内燃烧生成高温高压的的燃气 使燃气推动活塞而做功的机器 2 内燃机的种类 吸气 压缩 做功 排气 1 汽油机 内燃机 的冲程和工作循环 二 汽油机 2 一个冲程 4 一个工作循环 活塞在汽缸内往复运动时 从汽缸的一端运动到另一端的过程 把这四个冲程称为发动机的一个工作循环 3 四个冲程 进气 压缩 做功 排气 火花塞 气缸 进气门 活塞 连杆 排气门 曲轴 1 构造 三 汽油机的结构和工作原理 汽油机工作原理视频 2 吸气冲程 汽油和空气 进气门 排气门 活塞由运动 组成的燃料混合物从进气门吸入气缸 打开 关闭 上端向下端 汽油和空气 3 压缩冲程 进气门和排气门都关闭 活塞向上运动 燃料混合物被压缩 压强增大 温度升高 4 做功冲程 在压缩冲程结束时 火花塞产生电火花 使燃料猛烈燃烧 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 5 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 四 飞向太空 1 火箭发动机 2 三级火箭 喷气式发动机 汽油机工作原理小结A 吸气冲程 吸进汽油与空气的混合物 B 压缩冲程 燃料混合气体被压缩 温度升高 压强增大 此冲程将机械能转化为内能 C 做功冲程 点火方式 点燃式原理 混合气体猛烈燃烧 产生高温高压的燃气 燃气推动活塞对外做功 此冲程将内能转化为机械能 D 排气冲程 排出废气 为下一个工作循环做准备 喷油嘴 气缸 进气门 活塞 连杆 排气门 曲轴 1 构造 五 柴油机构造和工作原理 2 吸气冲程 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 空气 3 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 4 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 5 排气冲程 进气门关闭 排气门打开 活塞向上运动 把废气排出气缸 燃烧后的废气 六 内燃机的启动 内燃机不能自行启动 开始运转时 要靠外力使飞轮和曲轴转动起来 由曲轴通过连杆带动活塞运动 以后内燃机才能自己工作 七 内燃机的应用 汽油机比较轻巧 常用在汽车 飞机和小型农业机械上面 1 汽油机 2 柴油机 柴油比较便宜 但柴油机比较笨重 主要用在载重汽车 拖拉机 坦克上面 汽油机和柴油机有什么相同点 有什么不同点 思考 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 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 2 3热机效率 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 复习提问 燃料的热值1 热值的物理意义 2 热值的定义 符号 公式 单位 强调 Q mq或Q Vq q为热值 表示燃料燃烧放出热量的能力强弱 1kg某种燃料完全燃烧放出的热量 叫做这种燃料的热值 q J kg J m3 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 它是燃料本身的一种特性 只与燃料的种类有关 与燃料的形态 质量 体积等均无关 3 炉子的效率 提高炉子效率的措施 以锅炉为例 炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比 Q吸 Q放 cm t t0 qm 使燃料尽可能充分燃烧 如把煤磨成煤粉 加大送风量等 减小热量的散失 如用隔热材料做炉体 加大受热面积等 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 冷却水带走的能量 燃料很难全部燃烧 燃料的化学能不能全部释放 摩擦与辐射损失一部分能量 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 一 热机效率 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2 热机效率小于100 3 热机在工作过程中造成能量损失的因素有 燃料很难全部燃烧 废气带走一部分能量 冷却水带走一部分能量 摩擦与辐射带走一部分能量 4 提高热机效率的方法 使燃料充分燃烧 减少废气带走的能量 减少冷却水带走的能量 保证良好的润滑 提高燃料的利用率 5 减少环境污染的措施 改进燃烧设备 采取集中供暖 城市普及煤气和天然气的使用 在内燃机的排气管安装消声器 大气污染 噪声污染 污染 二 热机与环境 1 内燃机的四个冲程中有两个冲程发生了能量的转化 一是压缩冲程 二是冲程 虽然汽油和柴油都是内燃机的工作物质 但是相同质量的汽油和柴油完全燃烧时放出的热量却 2 柴油机上安装了一个笨重的飞轮 这是为了 做功 不同 利用飞轮的惯性完成吸气 压缩 排气冲程 3 转速为1800r min的四冲程内燃机 每秒经过个冲程 做功次 若该内燃机的功率为9000W 则一次做功J 60 15 600 4 金属制成的汽缸中装有柴油与空气的混合物 有可能使汽缸中柴油达到点燃的过程是 A 迅速向里推活塞B 迅速向外拉活塞C 缓慢向里推活塞D 缓慢向外拉活塞 5 在公路上有一辆汽车和一台拖拉机发生故障 经检查都是蓄电池坏了 不能启动 把它们推动后 A 汽车和拖拉机都能继续行驶B 只有汽车可以继续行驶C 只有拖拉机可以继续行驶D 都不能行驶 6 甲柴油机的效率比乙柴油机的效率低 这表明 A 甲的功率小B 甲做的功少C 甲消耗的柴油多D 甲柴油机内能转化为机械能的百分比小 7 关于提高热机效率的途径 下列说法中错误的是 A 尽量使燃料完全燃烧B 尽量减少输出功率C 尽量减小摩擦D 尽量减少热量损失 8 某热机的效率为20 这表明做100J的有用功时 A 要消耗20J的燃料内能B 要向外散失80J的热量C 要消耗燃烧后能放出500J内能的燃料D 要消耗80J的燃料内能 9 有一台柴油机的效率为40 每小时耗油2kg 则这台柴油机的功率为多少瓦 已知柴油的热值为3 3 107J kg 10 某饰品加工厂用酒精喷灯加工饰品 张峰师傅在1min内用去酒精5g 被加工的质量为36g的铜饰品温度从20 上升到1070 求 1 铜饰品吸收的热量是多少 2 酒精完全燃烧放出的热量是多少 3 酒精喷灯的效率是多少 C铜 0 39 103J kg q酒精 3 0 107J kg W有 cm t Q放 m燃料q燃料 练习 1 4742 104J 1 5 105J 9 8 11 一台汽油机的功率为7350W 它每小时消耗的汽油为2 5kg 这台汽油机的效率为多大 汽油的热值为4 6 107J kg W有 FS或W有 Pt Q放 m燃料q燃料 Q放 1 15 108J 23 12 利用太阳可以晒水 假设水箱内装60kg的水 玻璃盖面积为0 84m2 地球上垂直于太阳光线的表面接受太阳的辐射为7 65 104J min m2 水箱吸收太阳能的效率为50 如不考虑水散热的情况 并使光总能垂直射入玻璃盖 计算晒水4h后水温升高多少 13 把质量为m 温度为30 的铁块投入