2019年热机 (2)精品教育.ppt

,第十四章 内能的利用,热机,知识目标：,1、了解四冲程汽油机的基本工作原理。,2、从能量转化的角度认识燃料的热值。,3、了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。,4、通过能量的转化和转移认识效率。,一、内能的获得：,通过燃料的燃烧，将燃料内部的 _能转化为_能。,从能量转化的角度分析：,化学,内,二、内能的利用：,1、直接加热物体,热能除了带给人类温暖以外，还能做什么呢？,试管中的蒸汽将软木塞推出去，软木塞获得了动能，蒸汽的内能_。,减小,水沸腾后：,现象:软木塞_; _有“白气”产生.,冲出,管口,分析: _ 对木塞做功, 内能 _, 温度_ _成小水珠.,水蒸气,减小,降低,液化,能量转化：_转化为_。,内能,机械能,总结：内能的利用：,1、利用内能_。,飞机飞行，汽车行驶，火箭升空， 发动机工作时的能量转化？,2、利用内能_。,加热,做功,塞子冲出的过程中，能量的转化：,燃料的_能,水蒸气的_,塞子运动的_;,热机的能量转换：,燃料的_能,_,_；,热机是把_能转化为_能的机器。,一、热机的定义,化学,内能,机械能,化学,内能,机械能,内,机械,二、热机的种类：,蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭,内燃机 1、工作原理： 2、分类：,燃料在_内燃烧，产生高温高压的气体对活塞_。,_和_ 两种 。,汽缸,做功,汽油机,柴油机,1、汽油机的构造,火花塞,汽缸,进气门,活塞,连杆,排气门,曲轴,1、汽油机的构造,1、观察图回答汽油机的构造： 上部有 和 ， 顶部有 。 主体是 ，内有 , 它通过 _ 与 相连。,汽缸,活塞,连杆,曲轴,进气门,排气门,火花塞,内燃机（汽油机）的工作原理,冲程：,1、活塞从汽缸的一端 运动到另一端的过程， 叫做一个冲程,2、内燃机的一个工作循环 有四个冲程,分别是： _冲程、_冲程、 _冲程、_冲程。,2、,吸气,压缩,做功,排气,内燃机（汽油机）的工作原理,吸气冲程：,进气门_， 排气门_， 活塞向_运动，_的混合物进入气缸。（怎样进入汽缸的？） 曲轴转_周。,2、,打开,关闭,下,汽油和空气,半,内燃机（汽油机）的工作原理,压缩冲程：,进气门和排气门_， 活塞向_运动， 燃料混合物被_。内能变_ 能量转化：_,都关闭,上,压缩,曲轴转_周。,半,机械能,内能,大,第一冲程： 。进气门 ，排气门 ，活塞由汽缸最 向 运动， 和 的混合物从 被吸入汽缸。当活塞运动到汽缸的最下端，_ 关闭， 曲轴转动 圈。,第二冲程： .进气门 和排气门 ，活塞由汽缸最 向 运动，燃料的混合物被 ，汽缸内温度 ，气压 。曲轴转动 圈。在此过程中， 转化 。,吸气冲程,打开,关闭,上端,下,汽油,空气,进气门,进气门,半,都关闭,下端,上,压缩,升高,增大,半,机械能,内能,压缩冲程,2、 内燃机（汽油机）的工作原理,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气体。 高温高压的气体推动活塞向_运动，带动曲轴转动,对外_。,下,做功,内能,机械能,能量转化：,2、 内燃机（汽油机）的工作原理,排气冲程：,进气门_， 排气门_， 活塞向_运动， 把_排出气缸。,废气,上,打开,关闭,半,曲轴转_周。,第三冲程： 。在压缩冲程末，火花塞产生电火花（点燃式），燃料混合物剧烈燃烧，产生 的燃气，推动活塞由汽缸向 运动，并通过连杆驱使曲轴转动， 曲轴转动 圈。 在此冲程中， 转化 。,第四冲程： 。进气门 ，排气门 ，活塞由汽缸最 向 运动， 把废气排出汽缸。当活塞运动到汽缸的最上 端， 关闭， 曲轴转动 圈。 内燃机 MP4_320x240_clip.mp4,做功冲程,高温高压,下,半,内能,机械能,排气冲程,关闭,打开,下端,上,排气门,半,小结：汽油机一个工作循环包括 冲程，活塞往复 次，曲轴转动 圈，与曲轴相连的飞轮也转_圈，做功 次。有 次能量转化。,汽油机工作的四个冲程中，只有_ 燃气对外做功，其他三个冲程都是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的 _ 来完成。必须靠外力来启动.,做功冲程,飞轮的惯性,4,2,2,1,2,2,汽油机工作原理,吸气冲程,压缩冲程,做功冲程,排气冲程,内燃机（汽油机）的工作原理,内燃机的连续工作 汽油机的工作原理-4 好.exe,汽油机工作原理,思考：,1. 在四个冲程中，哪些冲程发生能量的转化？,压缩冲程：,机械能,内能,做功冲程：,机械能,内能,2. 哪个冲程获得动力？,做功冲程。（其它三个冲程又叫做辅助冲程。）,3、一个工作循环由四个冲程组成，每个工作循环活塞往复运动_次，曲轴和飞轮转动_周，对外做_次功。辅助冲程是靠飞轮的_性完成的。,问题,汽车在开动前，是如何使内燃机起动的？,答：通过外力先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，消耗机械能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程内燃机一旦开始做功，内能就会转化成曲轴的机械能。这时曲轴获得的机械能一部分通过做功，一部分通过飞轮（与曲轴相连的质量较大的轮子）保存起来。然后依靠飞轮的惯性再反过来向外输出带动曲轴转动，靠消耗飞轮的机械能完成排气以及下一循环的吸气、压缩。这样内燃机就可连续工作下去了。,问题,汽车在开动前，是如何使内燃机起动的？,答：通过_先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，消耗_能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程.内燃机一旦开始做功，_能就会转化成曲轴的_能。这时曲轴获得的机械能一部分通过做功，一部分通过飞轮（与曲轴相连的质量较大的轮子）保存起来。然后依靠飞轮的_性再反过来向外输出带动曲轴转动，靠消耗飞轮的_能完成排气以及下一循环的吸气、压缩。这样内燃机就可连续工作下去了。,分析得结论：,在做功冲程燃气对活塞做功，_能转化为_能。其余三个冲程靠消耗飞轮的_来完成.,3、柴油机,柴油机也是常见的热机。它是用_作为燃料来工作的热机。,柴油机的构造,_,_,_,_,_,_,_,3、柴油机,柴油机的工作原理与汽油机大致相同，如图是柴油机的结构图，,与汽油机比较一下,想一想它是怎样工作的。,柴油机的构造,喷油嘴,进气门,活塞,连杆,排气门,气缸,曲轴,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。,吸气冲程：柴油机吸入汽缸中的只是_而不像汽油机那样吸入的是_的混合物。 压缩冲程：活塞将汽缸内的空气压缩成高温的气体，其温度超过柴油的燃点。 做功冲程：在压缩冲程的最后状态，由_向汽缸内喷射雾状的_，这些雾状的_在汽缸内高温的空气中燃烧起来，这种点火方式称为_式。由于雾状柴油的燃烧，使得汽缸内的压强急剧增大，气体对活塞做功，将活塞推向汽缸的下端。 排气冲程：与汽油机的情况相同，都是把废气排出汽缸，为下一个循环做好准备。 与汽油机的异同？,吸气,压缩,做功,排气,内燃机的 冲程和工作循环,柴油机比汽油机要笨重些，但柴油机的效率_，功率_，并且柴油的价格又比汽油便宜，因而多用在拖拉机、坦克、轮船、内燃机车、载重汽车以及小型发电机上。,柴油机,汽油机和柴油机： 构造：对实物说明；区别：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴； 原理：让燃料在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞来做功。 吸入气缸工作物质：汽油机的是空气和汽油的混合物。柴油机的是纯空气、,柴油机分别在火车,坦克,轮船和挖土机上的运用.,课堂小结 1.热机. 2.内燃机分为汽油机和柴油机. 3.汽油机和柴油机的相同点和不同点.,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:,知识应用,2某四冲程汽油机,曲轴转速1200转/分,则该汽油机每秒做功 次,有 个冲程, 飞轮转 周.,1.单缸四冲程内燃机完成40个冲程,关于做功和飞轮转动的情况,下列说法正确的是( ) A.做功10次,飞轮转40周 B.做功40次,飞轮转20周 C.做功10次,飞轮转20周 D.做功20次,飞轮转10周,C,10,40,20,你会吗？,机械,内,机械,内,5,吸气,2,压缩,做功,排气,1,利用飞轮的惯性完成其他三个辅助冲程,汽轮机.mpg,第二课时 燃料及其热值：,柴、煤炭、煤油、煤气、天然气；,一、燃料的分类：,固体燃料、液体燃料和气体燃料。,例如：,二、 燃料燃烧的化学反应：,能量转化： 作用： 猜测：,化学能-内能/热能；,给人类提供绝大部分能量，来加热或做功；,相同质量的不同燃料，完全燃烧时放出的热量相同吗 ？,三、热值 燃料的燃烧是一种化学反应，燃烧过程中，储存在燃料中的化学能被释放，转变为内能。相同质量的不同燃料完全燃烧放出的热量是不同的。,1、定义：,2、单位，符号：,（类比：速度或密度的单位 ）,指单位质量的某种物质完全燃 烧所放出的热量。其符号是q。,J/kg, (J/m3),3、燃料的热值表、意义：,P139一些燃料的热值,木炭: 3.4×107J/kg,1千克木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J.,煤气:,3.9×107J/m3,物理意义:,1立方米煤气完全燃烧时放出的热量是3.9×107J.,物理意义:,练习：,1kg汽油的热值小，2kg汽油的热值大？ 1m³天然气完全燃烧的热值大，未完全燃烧的热值小？ 1kg干木柴完全燃烧放出的热量？2kg？,四、计算热量公式：,1，公式：,Q放=mq (即质量乘以热值),2，例题：,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=2.7×107J/kg)?,解：Q=mq=1.5kg×2.7×107J/kg =4.05×107J,答：这些煤完全燃烧放出的热量为4.05×107J,Q=mq,5kg40的水烧开，需要完全燃烧的多少kg的干木柴？（燃料完全燃烧放热全部被水吸收）,五、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4.05×107J，实际放 出的热量是4.05×107J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。,五、燃料的利用率：,1、炉子的效率：,1)定义：,2）公式：,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。,五、燃料的利用率：,2、提高燃料利用率，节约能源的措施：,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：,五、燃料的利用率：,3、热机的效率：,1）定义：,用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。,2）公式：,=,Q放,W有,3）在内燃机中，燃料所释放的能量都到哪里去了？,做有用功的能量,废气带走的能量,汽缸散热及摩擦损失的能量,损耗1： _,损耗2： ,损耗3： _,燃料燃烧产生能量,在热机的各种能量的损失中, _带走的能量最多.,设法利用热机_的能量，是提高燃料利用率的重要措施。,做有用功,燃烧不完全,废气带走,机件发热散失,机件摩擦损失,废气,废气,热机中的能量损耗：,废气带走的热量； 气缸部件吸热后的热量散失； 克服摩擦做功而消耗的能量； 燃料的不完全燃烧； 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。,蒸气机效率最低：6%15%； 汽油机效率：20%30%； 柴油机效率：30%45%。,五、燃料的利用率：,4）、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。,例题：把5kg40的水烧开，需要完全燃烧多少kg的干木柴？（已知干木柴的热值为1.2×107J/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） 解：,Q吸=cm（t-t0） =4200J/(kg·0C)×5kg×600C =1.26 ×106J； Q放Q吸 m1=Q放/q = 1.2×106J/(1.2×107J/kg)=0.1kg,科学世界： P137,STS: P140 动手动脑学物理： 1,2,3,小结：,1、内燃机的四个冲程及功能。,2、燃料的热值。,3、热机的效率总小于100%。,你认为在火箭里使用热值高的燃料还是热值低的燃料？,