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第四节热机效率和环境保护第四节热机效率和环境保护1.1.燃料的热值燃料的热值(1)(1)定义定义: :某种燃料完全燃烧放出的热量与某种燃料完全燃烧放出的热量与 之比之比. .符符号号:q.:q.(2)(2)单位单位: :焦焦/ /千克千克(J/kg).(J/kg).气体燃料的热值对应的单位气体燃料的热值对应的单位:J/m:J/m3 3. .(3)(3)燃料完全燃烧放热计算公式燃料完全燃烧放热计算公式:Q=:Q= .2.2.热机效率热机效率(1)(1)定义定义: :热机运转中热机运转中, ,对外做的对外做的 与燃料与燃料 所释放的所释放的 的比值称为热机效率的比值称为热机效率(2)(2)提高热机效率的主要途径是减少热机工作中的各种提高热机效率的主要途径是减少热机工作中的各种 .(3)(3)汽油机比柴油机的效率汽油机比柴油机的效率 .所用该燃料的质量所用该燃料的质量mqmq有用功有用功完全燃烧完全燃烧能量能量能量损失能量损失低低3.3.环境保护环境保护热机工作时排出的大量热机工作时排出的大量 , ,燃料燃烧排放的燃料燃烧排放的 使大气浑浊使大气浑浊, ,排放排放的二氧化硫、二氧化碳和氮氧化合物的二氧化硫、二氧化碳和氮氧化合物, ,会形成酸雨会形成酸雨, ,这些对大气这些对大气, ,环境都环境都有严重污染有严重污染.尾气尾气烟尘烟尘燃料的热值燃料的热值 1.1.关于燃料的热值关于燃料的热值, ,以下说法中正确的是以下说法中正确的是( ( ) )A.A.燃料的热值与燃料的燃烧情况无关燃料的热值与燃料的燃烧情况无关B.B.容易燃烧的燃料容易燃烧的燃料, ,热值一定大热值一定大C.C.煤的热值大于干木柴的热值煤的热值大于干木柴的热值, ,燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多热量多D.D.为了获得较多的热量为了获得较多的热量, ,一定要用热值高的燃料一定要用热值高的燃料解析解析: :燃料的热值是燃料的一种特性燃料的热值是燃料的一种特性, ,它只与燃料的种类有关它只与燃料的种类有关, ,而与燃料的质而与燃料的质量、燃烧与否、是否容易燃烧无关量、燃烧与否、是否容易燃烧无关; ;燃料燃烧时放出的热量与燃料的热值、燃料燃烧时放出的热量与燃料的热值、燃料的质量、燃烧是否完全有关燃料的质量、燃烧是否完全有关, ,如果只知道两种燃料的热值大小如果只知道两种燃料的热值大小, ,两者的质两者的质量大小、燃烧是否完全并不知道量大小、燃烧是否完全并不知道, ,便不能确定哪种燃料放出的热量多便不能确定哪种燃料放出的热量多. .A A 如图所示如图所示, ,是是A A、B B两种燃料完全燃烧释放的热量两种燃料完全燃烧释放的热量Q Q与其质量与其质量m m的关系图的关系图, ,从图中可看出从图中可看出A A燃料的热值燃料的热值 B B燃料的热值燃料的热值( (选填选填“大大于于”“”“小于小于”或或“等于等于”).).在标准大气压下在标准大气压下, ,若一定质量的若一定质量的B B燃料完全燃烧燃料完全燃烧释放的热量为释放的热量为4.94.910106 6J,J,其中有其中有60%60%的热量被质量为的热量被质量为10 kg10 kg、初始温度为、初始温度为38 38 的水吸收的水吸收,c,c水水=4.2=4.210103 3J/(kgJ/(kg),),则水的温度将升高则水的温度将升高 .2.(20142.(2014绵阳绵阳) )小于小于6262热机的效率热机的效率3.3.有甲、乙两台热机有甲、乙两台热机, ,它们的燃料种类和燃烧情况相同它们的燃料种类和燃烧情况相同, ,甲的效率比乙的甲的效率比乙的效率低效率低, ,这表明这表明( ( ) )A.A.甲热机比乙热机做的有用功少甲热机比乙热机做的有用功少B.B.甲热机比乙热机消耗的燃料多甲热机比乙热机消耗的燃料多C.C.在做有用功相同的条件下在做有用功相同的条件下, ,消耗同种燃料消耗同种燃料, ,甲比乙的多甲比乙的多D.D.在做有用功相同的条件下在做有用功相同的条件下, ,甲损失的能量比乙少甲损失的能量比乙少解析解析: :甲热机的效率低甲热机的效率低, ,说明甲热机工作时所做有用功与燃料完全燃烧所说明甲热机工作时所做有用功与燃料完全燃烧所放出的热量之比值比乙的小放出的热量之比值比乙的小, ,即在均完全燃烧质量相等的同种燃料的条件即在均完全燃烧质量相等的同种燃料的条件下下, ,甲热机所做有用功要比乙少甲热机所做有用功要比乙少. .选项选项A A中中, ,因未明确燃料的质量情况因未明确燃料的质量情况, ,所以所以不正确不正确; ;选项选项B B中中, ,没有说明热机所做的有用功多少没有说明热机所做的有用功多少, ,所以也不正确所以也不正确; ;选项选项D D中中, ,在做有用功相同的条件下在做有用功相同的条件下, ,甲损失的能量少甲损失的能量少, ,说明甲工作时所做有用功说明甲工作时所做有用功在燃料完全燃烧所放出的热量中比值大在燃料完全燃烧所放出的热量中比值大, ,即其效率高即其效率高, ,所以选项所以选项D D也不正确也不正确. .C C 用燃气灶烧水时用燃气灶烧水时, ,把把2.2 kg 2.2 kg 初温为初温为25 25 的水加热到的水加热到100 ,100 ,共燃烧了共燃烧了45 g45 g天然气天然气( (假设天然气完全燃烧假设天然气完全燃烧).).已知天然气的热值为已知天然气的热值为4.44.410107 7 J/ kg, J/ kg,水的比热容为水的比热容为4.24.210103 3 J/(kg J/(kg).).(1)(1)水的内能增加了水的内能增加了 J.J.(2)(2)燃气灶烧水的效率为燃气灶烧水的效率为 .4.(20134.(2013南京南京) )6.936.9310105 535%35%解析解析:(1):(1)水内能的增加等于水吸收的热量水内能的增加等于水吸收的热量: :Q Q吸吸=cm=cm水水(t(t2 2-t-t1 1)=4.2)=4.210103 3 J/(kg J/(kg)2.2 kg2.2 kg(100 -25 )=6.93(100 -25 )=6.9310105 5 J. J.5.5.以汽油为燃料的观光汽车沿泸州市某风景区山中的一段盘山公路以汽油为燃料的观光汽车沿泸州市某风景区山中的一段盘山公路( (盘山公路盘山公路近似处理为斜面近似处理为斜面) )以以36 km/h36 km/h的速度匀速行驶的速度匀速行驶, ,经过经过15 min15 min从山脚到达山顶从山脚到达山顶; ;汽汽车上山时沿路面获得的牵引力恒为车上山时沿路面获得的牵引力恒为9.29.210103 3 N. N.已知汽油完全燃烧释放的热量已知汽油完全燃烧释放的热量转化为汽车牵引力做功的效率为转化为汽车牵引力做功的效率为30%,30%,汽油热值汽油热值q=4.6q=4.610107 7 J/kg, J/kg,求求: :(1)(1)汽车上山时牵引力的功率为多大汽车上山时牵引力的功率为多大? ?(2)(2)汽车从山脚到山顶消耗了多少千克的汽油汽车从山脚到山顶消耗了多少千克的汽油? ?答案答案:(1)9.2:(1)9.210104 4 W W(2)6 kg(2)6 kg【测控导航【测控导航】知识点题号燃料的热值1、2、6、8热机的效率3、4、7、9环境保护51.“1.“神舟十号神舟十号”载人飞船以液态的氢为燃料载人飞船以液态的氢为燃料, ,是因为它具有是因为它具有( ( ) )A.A.较大的比热容较大的比热容B.B.较低的沸点较低的沸点C.C.较大的热值较大的热值D.D.较高的凝固点较高的凝固点解析解析: :利用液态氢为燃料利用液态氢为燃料, ,是因为相同质量的氢与其他燃料相比是因为相同质量的氢与其他燃料相比, ,完全燃烧完全燃烧时放出的热量多时放出的热量多. .C C2.2.煤的热值大于干木柴的热值煤的热值大于干木柴的热值, ,这里是指这里是指( ( ) )A.A.煤比干木柴含有的热量多一些煤比干木柴含有的热量多一些B.B.烧煤比烧干木柴产生的温度高一些烧煤比烧干木柴产生的温度高一些C.C.烧煤比烧干木柴产生的热量多一些烧煤比烧干木柴产生的热量多一些D.D.要使它们放出相同的热量要使它们放出相同的热量, ,煤用的质量较少煤用的质量较少解析解析: :煤的热值大于干木柴的热值煤的热值大于干木柴的热值, ,说明煤完全燃烧放出的热量与其质量说明煤完全燃烧放出的热量与其质量之比大于干木柴完全燃烧放出的热量与其质量之比之比大于干木柴完全燃烧放出的热量与其质量之比, ,当煤和干木柴的质量当煤和干木柴的质量相同时相同时, ,完全燃烧煤放出的热量比干木柴多完全燃烧煤放出的热量比干木柴多. .D D3.(20143.(2014曲靖曲靖) )关于热机关于热机, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) )A.A.效率越高的热机功率也越大效率越高的热机功率也越大B.B.汽油机和柴油机均属于内燃机汽油机和柴油机均属于内燃机, ,工作时它们点火的方式也相同工作时它们点火的方式也相同C.C.汽油机工作时汽油在气缸里燃烧汽油机工作时汽油在气缸里燃烧D.D.使用热值高的燃料可提高热机的效率使用热值高的燃料可提高热机的效率解析解析: :热机的效率是指对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量之比热机的效率是指对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量之比, ,比值越大比值越大, ,则效率越高则效率越高. .功率表示做功快慢功率表示做功快慢, ,所以热机的效率与热机功率无所以热机的效率与热机功率无关关, ,故故A A错错; ;汽油机是点燃式汽油机是点燃式, ,柴油机是压燃式柴油机是压燃式, ,故故B B错错; ;燃料在气缸内燃烧的燃料在气缸内燃烧的热机叫做内燃机热机叫做内燃机, ,以汽油为燃料的热机叫做汽油机以汽油为燃料的热机叫做汽油机, ,故故C C正确正确; ;热机的效率热机的效率与燃料的热值没有关系与燃料的热值没有关系, ,故故D D错错. .C C4.(20134.(2013广州广州) )某机器的能量流向图如图所示某机器的能量流向图如图所示, ,据此推测该机器可能是据此推测该机器可能是( ( ) ) A.A.热机热机 B.B.电动机电动机C.C.发电机发电机D.D.电热水器电热水器 解析解析: :由图可知由图可知, ,此机器为内能转换为机械能和部分内能此机器为内能转换为机械能和部分内能. .只有只有A A项符合项符合. .A A5.5.下列关于热机和环境保护的说法中正确的是下列关于热机和环境保护的说法中正确的是( ( ) )A.A.热机的大量使用会造成环境污染热机的大量使用会造成环境污染B.B.所有的热机都是用汽油作燃料所有的热机都是用汽油作燃料C.C.汽车排出的尾气全部都是有毒气体汽车排出的尾气全部都是有毒气体D.D.热机所产生的噪声可以被热机上的消声器完全消除热机所产生的噪声可以被热机上的消声器完全消除解析解析: :热机排放的尾气虽然不全是有毒气体热机排放的尾气虽然不全是有毒气体, ,但是会污染环境但是会污染环境; ;热机的燃料热机的燃料有汽油、柴油、天然气等有汽油、柴油、天然气等; ;消声器只能减弱噪声消声器只能减弱噪声, ,不能消除噪声不能消除噪声. .A A “ “可燃冰可燃冰”作为新型能源作为新型能源, ,有着巨大的开发使用潜力有着巨大的开发使用潜力. .同等同等条件下条件下,“,“可燃冰可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍, ,说明说明“可燃可燃冰冰”的的 很大很大. .以以1010倍的关系粗略计算倍的关系粗略计算,1 kg“,1 kg“可燃冰可燃冰”完全燃烧放完全燃烧放出的热量为出的热量为 J,J,这些热量可以使这些热量可以使 kgkg的水从的水从20 20 加加热至热至100 c=4.2100 c=4.210103 3 J/(kg J/(kg),q),q煤气煤气=4.2=4.210107 7 J/kg. J/kg.解析解析:(1):(1)在同等条件下在同等条件下,“,“可燃冰可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍倍, ,说明说明“可燃冰可燃冰”的热值很大的热值很大; ;6.(20136.(2013枣庄枣庄) )热值热值4.24.210108 81 2501 2507.7.随着科学技术的飞速发展随着科学技术的飞速发展, ,地处偏远山区的小美家去年冬天的供暖地处偏远山区的小美家去年冬天的供暖比以前好很多比以前好很多, ,由原来的小锅炉房供暖变为热电余热供暖由原来的小锅炉房供暖变为热电余热供暖, ,从能源利用从能源利用的角度来看的角度来看, ,这种既供电又供热的热电站与一般的火电站相比这种既供电又供热的热电站与一般的火电站相比, ,提高了提高了 , ,也较好地控制了污染也较好地控制了污染.解析解析: :利用热电余热供暖利用热电余热供暖, ,就是指除供电所需以外的能量的再次利用就是指除供电所需以外的能量的再次利用, ,例如燃料燃烧产生的废气、供电过程中散失的热量等例如燃料燃烧产生的废气、供电过程中散失的热量等. .废弃能量的利用率废弃能量的利用率烧杯向外散热烧杯向外散热 一样大一样大 9.9.液化石油气的热值高达液化石油气的热值高达4.64.610107 7 J/kg, J/kg,一些不法商贩为牟取暴利一些不法商贩为牟取暴利, ,常将液化石油常将液化石油气与价格低廉、热值仅为气与价格低廉、热值仅为2.92.910107 7 J/kg J/kg的二甲醚混合装入钢瓶内销售给客户的二甲醚混合装入钢瓶内销售给客户. .常州常州市质监局对某液化石油气站销售的瓶装燃气进行检测市质监局对某液化石油气站销售的瓶装燃气进行检测: :将质量为将质量为100 kg100 kg、初始温度、初始温度为为31 31 的水装入容器内的水装入容器内, ,用高效炉灶燃烧瓶内燃气加热容器中的水直至用高效炉灶燃烧瓶内燃气加热容器中的水直至100 100 恰好恰好沸腾沸腾, ,瓶内燃气消耗了瓶内燃气消耗了0.84 kg.0.84 kg.通过高效炉灶通过高效炉灶, ,水能吸收燃气完全燃烧释放热量的水能吸收燃气完全燃烧释放热量的75%.75%.已知水的比热容为已知水的比热容为c c水水=4.2=4.210103 3 J/(kg J/(kg),),问问: :(1)(1)瓶内燃气的热值是多少瓶内燃气的热值是多少? ?(2)(2)该液化石油气站销售的瓶装燃气有无掺混二甲醚该液化石油气站销售的瓶装燃气有无掺混二甲醚? ?(2)(2)因为计算出的燃气的热值与液化石油气的热值相等因为计算出的燃气的热值与液化石油气的热值相等, ,所以该液化石油所以该液化石油气站销售的瓶装燃气没有掺混二甲醚气站销售的瓶装燃气没有掺混二甲醚. .答案答案: :见解析见解析 人类正在积极开发和利用太阳能人类正在积极开发和利用太阳能, ,如太阳能热水器、太阳能如太阳能热水器、太阳能电池等电池等. .江涛想知道家中太阳能热水器吸收太阳能的本领江涛想知道家中太阳能热水器吸收太阳能的本领, ,做了如下探究做了如下探究: :天气晴朗时天气晴朗时, ,江涛测得太阳能热水器江涛测得太阳能热水器1 h1 h内使质量为内使质量为 50 kg50 kg的水从的水从20 20 升升高到高到30 ,30 ,问问: :(1)(1)水吸收了多少热量水吸收了多少热量?c?c水水=4.2=4.210103 3J/(kgJ/(kg)10.(10.(拓展探究拓展探究) )解析解析:(1):(1)水吸收的热量水吸收的热量Q Q吸吸=cm(t=cm(t2 2-t-t1 1)=4.2)=4.210103 3J/(kgJ/(kg)50 kg50 kg(30 -20 )=2.1(30 -20 )=2.110106 6J;J;答案答案:(1)2.1:(1)2.110106 6J J (2)(2)若用加热的方式使同质量的水升高相同的温度若用加热的方式使同质量的水升高相同的温度, ,则至少需要燃烧多少则至少需要燃烧多少m m3 3的液化气的液化气?(?(假设液化气燃烧放出的热量全部被水吸收假设液化气燃烧放出的热量全部被水吸收, ,液化气的热值是液化气的热值是5.05.010107 7J/mJ/m3 3) )答案答案：(2)4.2(2)4.21010-2-2m m3 3 煤、石油、天然气的过量开采使人类面临能源危机煤、石油、天然气的过量开采使人类面临能源危机. .某县在冬季利用地热能为用户取暖某县在冬季利用地热能为用户取暖. .县内有一口自喷状态地热井县内有一口自喷状态地热井, ,出水温度出水温度为为90 ,90 ,出水流量为出水流量为150 m150 m3 3/h./h.(1)(1)求每小时流出的地热水温度降低到求每小时流出的地热水温度降低到50 ,50 ,所放出的热量所放出的热量. .(2)(2)这些热量如果用天然气蒸汽锅炉供热这些热量如果用天然气蒸汽锅炉供热, ,且天然气蒸汽锅炉的热效率为且天然气蒸汽锅炉的热效率为90%,90%,则利用上述地热能供暖一小时可以节约多少天然气则利用上述地热能供暖一小时可以节约多少天然气?(?(水水=1.0=1.010103 3 kg/m kg/m3 3, ,c c水水=4.2=4.210103 3J/(kgJ/(kg),),天然气的热值为天然气的热值为4 410107 7 J/m J/m3 3) )11.(11.(教材素材改编题教材素材改编题) )答案答案:(1)2.52:(1)2.5210101010J J(2)700 m(2)700 m3 3
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