一、燃料燃烧过程中能的转化

  • 燃料燃烧是一种化学变化,在燃烧的过程中,燃料的化学能转化为内能。

二、热值

  1. 定义:某种燃料完全燃烧时化学能转化为内能的量(放出的热量)与其质量的比。
  2. 定义式:
  3. 燃料燃烧放出热量的计算:
  4. 热值的单位:J/kg或者J/m3
  5. 燃料热值的理解:
    • 热值是燃料的一种特性,其大小与物质的种类有关。
    • “完全燃烧”指的是,把燃料储存的化学能全部转化为内能。
    • 热值是燃料本身的一种特性,它的大小只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧、放出热量的多少均没有关系。热值实际上反映的是燃料储存化学能的多少。
  6. 以煤油为例说明热值的物理意义,煤油的热值是4.6×107J/kg表示的物理意义是:1kg煤油完全燃烧放出的热量是4.6×107J。

燃料及其热值

三、锅炉的效率

  1. 锅炉效率:锅炉有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。
  2. 锅炉效率定义式:
  3. 我们以锅炉加热水为例,说明炉子的效率,如下锅炉能流图所示,水吸收的热量是锅炉有效利用的热量。

    锅炉的效率为:或者
    注:炉子有效利用的热量与炉子的任务有关,用炉子炼铁,铁吸收的热量就是炉子有效利用的热量;用炉子加热水,水吸收的热量就是炉子有效利用的热量。
  4. 提高锅炉效率的途径:
    • 让燃料尽可能地充分燃烧,例如将煤炭研磨成粉状,吹入炉内燃烧。
    • 减少热量的散失,如加大受热面积。

四、热机的效率

  1. 热机的效率:用来做有用功的那部分能量(即转化成有用的机械能)与燃料燃烧放出的能量之比。
  2. 锅炉效率定义式:
  3. 我们以汽车发动机的能量分配图,说明热机的效率

    热机的效率为:或者
  4. 提高热机效率的途径:
    • 使燃料充分燃烧。
    • 保持良好润滑,减小机械摩擦。
    • 采用先进技术,改变机械结构。
    • 减少各种热量损失。

五、环境保护

  1. 大气污染的主要来源?
    • 煤炭、石油等燃料燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和烟尘。
  2. 对于环境保护,我们可以做那些具体有效的工作?
    • 改进燃烧设备,,消除烟尘。
    • 提高燃料的综合利用率,采取集中供热。
    • 充分开发利用污染少和无污染的能源,如太阳能、风能等。

六、课后练习

【例】(编号:T100601) 通过查表可知汽油的热值为4.6×107J/kg,它表示的物理意义是___________________________.完全燃烧0.5kg的汽油可产生_________J的热量。
【例】(编号:T100612)体积为0.28 m3、热值为3.6×107J/m3的煤气完全燃烧放出的热量为________J;若这些热量的50%被温度为20℃、质量为30 kg的水吸收,则水的末温是________℃。[水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)]
【例】(编号:T100613)在比较不同燃料热值的实验中,小明利用与图示完全相同的两套实验装置,分别在燃烧皿中放入质量相同的燃料甲和燃料乙,点燃后对质量都为100 g和初温都为20℃的水加热。燃烧相同时间后,用甲加热后的水温度为30℃,另一杯水温度为24℃。此过程水的内能________(选填“增大”或“减小”),用甲加热的水吸收的热量为________J。此时________(选填“能”或“不能”)说明甲的热值较大。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
【例】(编号:T100602) 下列关于热值的说法正确的是(  )
A.燃料燃烧时,用的燃料越多,获得的热值越大
B.燃料燃烧时,放出的热量越多,这种燃料的热值越大
C.相同质量的不同燃料完全燃烧,放出热量较多的燃料,热值较大
D.不同的燃料完全燃烧,放出相同热量时,所用质量越少的燃料,热值较大
【例】(编号:T100610)据中央电视台新闻联播报道,2016年7月,我国将发射全球首颗量子通信卫星。发射卫星的火箭使用的燃料主要是液态氢,这是利用了氢燃料的(  )
A.热值大
B.比热容大
C.密度大       
D.以上说法都不正确
【例】(编号:T100609)下列说法正确的是(  )
A.内燃机是利用电能做功的机械
B.内燃机在做功冲程把内能转化为机械能
C.内燃机在压缩冲程把内能转化为机械能
D.随着技术的进步,内燃机的效率达到100%
【例】(编号:T100611)如图是某内燃机能量流向图,该内燃机的热机效率是(  )
A.25%   
B.40%   
C.75%
D.35%
【例】(编号:T100604) 2013年1月以来,全国中东部地区陷入严重的雾霾和污染天气中,如图所示。中央气象台将大雾蓝色预警升级至黄色预警。德州市环保局也提出要进一步改善城市空气质量,创造更加适宜的人居环境.以下措施与改善空气质量无关的是(  )
A.加大煤改电、煤改气力度,推广使用清洁能源
B.加大老旧机动车更新力度,提高尾气排放标椎
C.减少学生户外运动时间,避免呼吸道疾病
D.限制节日爆竹燃放,减少有害气体排放
【例】(编号:T100603) 用燃气灶烧水,燃烧0.5kg的煤气,使50kg水 的 温度从20℃升高到70℃.已知水的比热容为4200J/(kg•℃),煤气的热值为4.2×107J/kg.求:
(1)0.5kg煤气完全燃烧放出的热量;
(2)水吸收的热量;
(3)燃气灶烧水的效率.
【例】(编号:T100605) 某校每天要将1000kg温度为20摄氏度的水烧开供师生饮用。若烧开水的炉子用干木柴做燃料,每天至少需要完全燃烧多少干木柴?(水的比热容为4.2×103 J/(kg•℃) ;干木柴的热值取1.2×107J/kg ;水的沸点为100℃)
【例】(编号:T100606)王大刚同学和家人在郊外野餐,用木炭烧水。铁锅内装有5 kg水,把水从18℃加热至98℃,已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。如果木炭的热值为3.4×107J/kg,它燃烧放出的热有10%被水吸收。
(1)求在这个过程中水吸收的热量。
(2)在这个过程中用掉多少木炭?
【例】(编号:T100607)用炉子烧水时,将10 kg的水从20℃加热到100℃,燃烧了0.5 kg的焦炭,水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),焦炭的热值是3.0×107J/kg,试求:
(1)水吸收的热量是多少?
(2)0.5 kg焦炭完全燃烧放出的热量是多少?
(3)炉子烧水的效率是多少?
【例】(编号:T100608)某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率。他们用酒精灯给100 g的水加热,经过一段时间测得水温升高了60℃、消耗了4.2 g酒精。已知:水的比热容为4.2×103J/(kg·℃),酒精的热值为3×107J/kg。求:
(1)此过程中水吸收的热量。
(2)4.2 g酒精完全燃烧放出的热量。
(3)酒精灯烧水时的热效率。
【例】(编号:T100614)太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一。某品牌太阳能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能,在5小时的有效照射时间内,将热水器中质量为100 kg、初温为26℃的水,温度升高到46℃。求:
(1)热水器中的水吸收的热量Q。[水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)]
(2)热水器在5小时的有效照射时间内接收到的太阳能E。
(3)热水器在5小时的有效照射时间内接收到的太阳能,相当于完全燃烧多少立方米的天然气放出的热量?(天然气的热值q=7×107J/m3)

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