热机效率与环境保护

热机效率与环境保护热机效率是指热机将热能转化为机械能的程度，衡量了热机能源利用的高低程度。

而环境保护则是指保护和改善自然环境，减少对环境的破坏。

热机效率与环境保护之间存在紧密的联系和相互影响。

本文将探讨热机效率与环境保护的关系，分析如何提高热机效率以促进环境保护。

一、热机效率的意义与计算方法热机效率是评价热机性能的重要指标，对于节能和减排具有重要意义。

热机效率通常用热机输出功与燃料燃烧热的比值来表示。

计算公式如下：热机效率 = 机械输出功 / 燃料燃烧热提高热机效率可以最大限度地利用能源，减少能源的浪费，达到节能减排的目的。

二、热机效率与环境保护的关系（1）减少能源消耗通过提高热机效率，可以减少对能源的消耗。

热机在能量转换过程中存在能量损失，遗散热等问题。

而提高热机效率可以减少这些能量损失，使燃料的利用率更高。

这样不仅可以降低燃料的消耗量，减少资源浪费，还能减少对环境的污染。

（2）降低尾气排放提高热机效率可以减少燃烧排放物的生成。

在燃料燃烧过程中，如果热机效率较低，燃料无法完全燃烧，会产生大量的尾气排放物，如二氧化碳、氮氧化物、硫化物等。

而高效率的热机能够更充分地燃烧燃料，减少排放物的生成，对环境造成的污染更小。

（3）降低温室气体排放温室气体的排放是导致全球气候变化的主要原因之一。

而燃烧过程中释放的二氧化碳是主要的温室气体之一。

提高热机效率可以减少燃料的消耗，从而减少温室气体的排放。

这对于减缓气候变化、保护环境具有重要意义。

三、提高热机效率的方法（1）优化设计通过对热机结构和工艺流程进行优化设计，可以提高热机效率。

例如，采用先进的轴承技术和摩擦减少技术，降低摩擦损失；采用节能材料和隔热材料，减少散热损失等。

（2）热能回收利用在热机工作过程中，会产生大量的废热。

通过热能回收利用的方式，可以将废热重新利用，提高热机效率。

常见的热能回收利用技术包括余热锅炉、余热发电等。

（3）推广清洁能源在能源选择上，应优先选择清洁能源，如太阳能、风能等。

热机效率与环境保护热机效率是评估能源利用效率的重要指标，而环境保护则是人类社会发展的必然要求。

本文将探讨热机效率与环境保护之间的关系，并探讨如何通过提高热机效率来实现环境保护的目标。

一、热机效率的定义与计算热机效率是指能够将热能转化为机械能的比例，常用符号为η。

一般来说，热机的效率越高，能源利用效率就越高，能源消耗量就越低。

热机效率的计算公式如下：η = W/Q_hot其中，W表示所获得的机械能，Q_hot表示从热源吸收的热能。

根据这个公式可以看出，提高热机效率的关键是提高机械能的输出和降低热能的消耗。

二、热机效率与环境保护的关系燃煤、石油等传统能源的使用对环境造成了严重的污染和破坏。

提高热机效率可以减少能源的消耗，从而降低对环境的影响。

具体表现在以下几个方面：1. 减少温室气体排放热机的高效率意味着同样的机械输出所需要的热能会减少，从而减少了燃烧过程中产生的温室气体的排放量。

温室气体是导致全球气候变暖的主要原因之一，通过提高热机效率，可以减轻全球变暖的速度。

2. 节约能源资源能源是社会发展不可或缺的资源之一，节约能源是推动可持续发展的重要措施。

提高热机效率可以减少对能源的消耗，从而实现能源资源的高效利用。

3. 减少大气污染物的排放燃烧过程中产生的大气污染物对空气质量和人体健康造成了严重的影响。

通过提高热机效率，可以降低燃烧过程中产生的有害气体的排放量，从而改善空气质量。

4. 促进清洁能源的发展提高热机效率需要利用先进的能源技术，这将促进清洁能源的发展。

清洁能源不仅具有低碳、低污染的特点，还能有效地降低对传统能源的依赖，从而推动能源结构的转型和环境保护的实现。

三、提高热机效率的途径为了实现环境保护的目标，必须采取有效的措施来提高热机效率。

以下是几种常见的途径：1. 优化热机的设计通过改善热机的结构和工作方式，可以提高热机的效率。

例如，采用高效的燃烧方式、改进传热方式、减少能源损失等措施，都能够提高热机的效率。

§13.4热机效率和环境保护课程目标：知识与技能：1、建立热值概念。

知道热值是燃料的重要特性，了解热值的表示法和常见燃料的热值，能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算。

2、了解热机效率。

知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道可以怎样提高热机效率以及提高热机效率的意义所在。

过程与方法：1、通过分析汽油机和柴油机的构造个工作过程的异同，学习分析和比较的研究方法．2、通过社会调查、分组交流合作，了解热机效率及热机带来的负面影响。

情感态度与价值观：了解热机的利用与人类社会发展的关系，并能够简述热机使用产生的排放物对环境的不良影响，培养自觉的环保意识，激发学生的社会责任感。

教学重点：燃料的热值、热机效率以及学生环保意识的培养。

教学难点：燃料的热值、热机效率以及学生环保意识的培养。

教学方法：启发式教学法，自学讨论法，设疑问教学法，类比教学法。

教具准备：木柴、烟煤、焦炭、汽油、柴油、酒精、液化石油气（打火机中装有）等燃料样本，多媒体课件，布臵学生课前进行有关环境污染方面的社会调查。

教学时数：一课时教学过程：一、新课引入。

无论是烧菜做饭，还是奔驰的汽车与火车，乃至直入苍穹的火箭等都离不开燃料。

即从原始人类学会用火的那天起，至今，人们使用的能量绝大部分还是通过燃料燃烧获得的。

那么燃料燃烧释放的能量究竟有多少用来做了有用功？以及燃料的燃烧对环境会造成那些影响呢？今天我将和大家一道共同来学习“第四节热机效率和环境保护”。

（出示课题）二、出示教学目标：1、建立热值概念。

知道热值是燃料的重要特性，了解热值的表示法和常见燃料的热值，能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算。

2、了解热机效率。

知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道可以怎样提高热机效率以及提高热机效率的意义所在。

三、学法指导：用10分钟时间看课本4页—7页，建立热值概念。

知道热值是燃料的重要特性，了解热值的表示法和常见燃料的热值，能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算。

13.4热机的效率和环境保护课题第四节热机的效率和环境保护教学目标知识与技能：1、建立热值概念。

知道热值是燃料的重要特性，了解热值的表示法和常见燃料的热值，能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算。

2、了解热机效率。

知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道可以怎样提高热机效率以及提高热机效率的意义所在。

过程与方法：通过社会调查、分组交流合作，了解热机效率及热机带来的负面影响。

情感态度与价值观：了解热机的利用与人类社会发展的关系，并能够简述热机使用产生的排放物对环境的不良影响，培养自觉的环保意识，激发学生的社会责任感。

教学重点了解热机效率及提高热机效率的途径，知道在利用热机形成的环保问题。

教学难点热机效率的理解，并能用热机效率进行简单计算教材分析与教法设想热机是本章最后一节，本节的教学内容属于应用性的知识，与生产、生活有密切的关系。

热机本质上是将化学能转换为内能，再由内能转化为机械能的能量转化器。

就其相关知识的外延而言，热机的教学可以和人类社会生产力的发展、环境保护和人类的可持续发展等相联系，可拓展的范围相当广泛。

教学准备多媒体课件教学环节导学过程学习过程备注创设情境一、新课引入。

无论是烧菜做饭，还是奔驰的汽车与火车，乃至直入苍穹的火箭等都离不开燃料。

即从原始人类学会用火的那天起，至今，人们使用的能量绝大部分还是通过燃料燃烧获得的。

那么燃料燃烧释放的能量究竟有多少用来做了有用功？以及燃料的燃烧对环境会造成那些影响呢？今天我将和大家一道共同来学习“第四节热机效率和环境保护”。

（出示课题）二、新课学习：1、［课件展示］：木柴取暖、煤气烧饭、锅炉中煤炭燃烧、内燃机车、飞机、轮船等，引出常见的燃料。

2、［设置疑问］：常见的燃料有木柴、煤炭、汽油、酒精等，在燃烧时都会释放能量，但它们释放能量的能力是否相同呢？如果不同，那又如何来表示它们这种能力的大小呢？4、（由此）引导学生给热值下定义。

学生观看图片，了解热机的应用自主学习合作共建知能应用（一）、燃料的热值①定义：把1千克某种燃料完全燃烧释放出的能量（热量）叫做这种燃料的热值。

12.4 热机效率和环境保护课前自我构建1.燃料是宝贵的能源.五十万年前，我们的祖先就用木柴燃烧取暖、照明，用火把驱赶野兽，后来用火煮熟食物．当今社会，人们对燃料的燃烧利用得更加广泛，利用它可以炒菜做饭，利用它可以航海、航天．燃料如此重要，那么，你知道哪些物质可以做燃料吗?不同的燃料燃烧时释放的能量相同吗?[预习课本回答](1)把某种燃料放出的能量，叫做这种燃料的热值．它的符号是，单位是，气体燃料的热值单位是。

(2)公式Q＝mq中，Q代表 ,m代表，q代表 .(3)汽油的热值是，它表示·2．热机是把燃料燃烧释放的内能转化为机械能的装置．可是燃料燃烧释放的能量并不能完全有效地用来推动活塞做功，这是怎么回事呢?[预习课本回答](1)热机的能量与的能量的比值称为热机效率(2)为合理利用能源，人们一直在努力提高热机效率，其主要途径是．首先要．其次要。

(3)各种热机效率是不同的，蒸汽机效率只有，汽油机效率约是 ,柴油机效率约是，飞机上的喷气发动机效率能达到．3．酸雨是近几十年来由于工业的发展形成的对动植物非常有害的自然现象．它是怎么形成的呢?[预习课本回答]燃料燃烧排放的，使大气十分混浊；排放的、和还会形成酸雨．教材知识类析一、燃料的热值1．燃料燃烧时能的转化现代社会中，人类使用的能量绝大部分是从燃料的燃烧中获得的，燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能，也就是常说的释放能量．2．燃料热值的意义燃料的种类很多，由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出热量不同．在物理学中就用燃料的热值来表示燃料在完全燃烧时放热本领的大小.也就是我们俗语中的，燃料顶烧不顶烧．3．定义1 kg的某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值(heat value)．由定义可知热值的单位是“焦／千克”，符号“J／kg”，气体燃料的热值单位通常用J ／m3．4．热值的物理意义表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出热量的多少．如木炭的热值为3．40×107J／kg，它表示：1kg的木炭完全燃烧时所放出的热量是3．40×107J．同种燃料的热值相同，不同燃料的热值不同．5.放出热量的计算如果用m表示完全燃烧燃料的质量，用q表示该种燃料的热值，用Q放表示燃料完全燃烧时所放出的热量，则：Q放=／m·q其中：m的单位是kg，q的单位是J／kg，Q放的单位是J．6．正确理解燃料的热值(1)理解热值的意义是本节的重点，对于热值的定义，我们要抓住其中的三个关键词：1 kg；某种燃料；完全燃烧．“1 kg”指出热值是针对一定质量的燃料而言的，这一定质量是1 kg．如果燃烧的不是1 kg燃料，那么，完全燃烧时放出的热量值与热值的数值便不同“某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关．确定的燃料才有确定的热值，不同燃料有不同的热值．由此可见，热值反映了燃料燃烧的特性，热值大，反映1 kg的这种燃料完全燃烧放出的热量多，或者说，化学能转化成的内能多．“完全燃烧’’的含义是烧完、烧尽．1 kg的某种燃料，只有在完全燃烧时放出的热量才是这种燃料的热值，如果没有完全燃烧放出的热量就比热值小．(2)热值反映了所有能燃烧的物质的一种性质，反映了不同燃料在燃烧过程中，化学能转化为内能本领的大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均没有关系．二、热机效率1．热机能量的损失(1)燃料未能完全燃烧由于燃料的优劣，内燃机气缸与活塞的密封程度等原因，热机不可能将燃料完全燃烧，这必将有一部分能量损失．不过，这里损失的能量很小．(2)废气带走很大一部分能量四冲程内燃机的一个工作循环，排气冲程将气缸中的废气排放掉，但此时废气的温度仍很高，内能较大．(3)一部分能量消耗在散热上热机大部分是由金属组成的，金属是热的良导体，传递了部分燃料燃烧所释放的热量，所以散热也是能量损失的一个方面．(4)克服摩擦做功活塞和曲轴在运动时要克服摩擦做功，这部分能量也要靠燃料燃烧的内能来提供．2．热机的效率(1)定义：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．(2)公式：注意：由于热机在工作过程中，总有能量损失，所以热机的效率总小于1，汽油机的效率为20％一30％，柴油机的效率为30％～45％．柴油机的效率比汽油机的效率高，这主要是因为柴油机的构造和工作过程与汽油机有所不同，因为柴油机在压缩冲程中的压缩比比汽油机更大．3．提高热机效率的主要途径(1)使燃料充分燃烧． (2)尽量减少各种热损失． (3)在热机的设计和制造上，采用先进的技术．(4)使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动零件之间的间隙，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的功．4．想想议议热机的效率能达到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，因为各种热损失以及燃烧条件的限制，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总能量的比值必然小于甚至远远小于1，即热机效率总小于100％．三、环境污染和环境保护1．废气污染热机燃料在燃烧过程中能放出一定量的有毒气体和粉尘，这些气体和粉尘都会污染空气，有害于人类的健康和动植物的正常生长，产生的酸雨有害于农、林、渔业．导致城市污染的主要原因是各种车辆排放的废气；导致环境污染的主要原因是燃料燃烧后的废气、废渣，以及各种废液的排放．2．噪声污染热机以及热机带动的机器产生的噪声是环境污染的又—方面．3．内能的利用与环境的关系既要有效地利用能源，又要很好地控制和消除污染，人类有能力开发和利用自然资源，也必然有能力保护环境，创造一个更加美好的生存环境．4．燃煤产生的主要有害物质及其对人类的危害综合例题剖析题型一燃料的热值例1 关于燃料的热值，以下说法正确的是( )A．热值大的燃烧放出热量一定多 B．燃料的热值与燃料的燃烧情况无关C.容易燃烧的燃料，热值一定大 D．选用热值大的燃料可以提高燃料的利用率分析：燃料的热值是1 kg某种燃料完全燃烧时放出的热量，它只与燃料种类有关，而与燃料的质量、燃料是否燃烧、燃料是否完全燃烧等因素无关．A中没有涉及燃料的质量问题，C 中容易燃烧不能代表热值的情况，D中燃料利用率的提高在于对某一种燃料放出能量的利用好坏；与热值无关．答案：B例2 (2004·内江)已知烟煤的热值是2．9×10J／kg，那么( )A．2 kg烟煤燃烧时—定放出5．8×10J的热量 B．1 kg 烟煤完全燃烧时一定能放出2．9×10 J的热量C．1 kg烟煤温度降低1℃释放出2．9×10J的热量 D．10kg烟煤的热值2．9×10J的热量分析：这道题考查燃料的热值的概念，选项A缺“完全”；选项C把热值的含义与比热的含义搞混了；选项D没有认识到热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃料的燃烧放出热量的多少无关，正确答案选择B．答案：B题型二热机的效率例3 (2004·天津) 一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽抽屉散热损失占25％，废气带走的能量占30％.摩擦等机械损耗占10％，则它的机械效率为 .分析：内燃机的机械效率是用来做有用功的那部分能量占燃料完全燃烧放出的能量的比例．由题意可知，n=1—25％一30％一10％、=35％．答案：35%例4 (2004·成都课改区)以下提高热机效率的方法，错误的是( )A．尽量减小热机功率 B.尽量使燃烧充分燃料 C.保证传动部分良好的润滑D．尽量减少各种热散失分析：功率与效率无关．A错.B、C、D、所述方法都能减少能量损耗，提高热机效率，故本题选A．答案：A例5 —辆汽车牵引力是4×103N,行驶10km消耗3kg汽油，这辆汽车的效率是多少?分析：本题是力、热综合问题．两部分知识联系的桥梁是能量转化的数量及功、热量数值的计算，同时考查热机效率等概念．汽车所做有用功W=Fs=4×103N×104m＝4×107J∴有用机械功Q有=W=4×107J汽油完全燃烧产生的热量 Q总＝qm＝4．6×107J/kg×3 kg=1．38×108J根据热机效率的定义可得答案：29％题型三环境污染和环境保护例6 联系实际谈谈在环境保护方面应采取的措施．(1)改进燃烧设备，消除烟尘．(2)提高燃料的综合利用，采取集中供热．在北方的取暖设备中,就是采用锅炉烧的水蒸气供给各家各户的散热管,这样减少了大气污染;在城市使用的管道煤气和液化气,提高了燃料的利用率,也改善了环境.(3)充分开发利用污染少和无污染的能源，如太阳能的利用． (4)在内燃机排气管上安装消音器，以减少噪声污染．(5)大力开展植树、种草使空气得到净化．例7 下列供热方式最有利于环境保护的是( )A．用煤做燃料供热 B．用石油做燃料供热 C.用天然气或煤气做燃料供热 D.用太阳能供热分析：煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能．但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分，使得废气中含有的粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气.而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广．答案：D例8 (2004·成都课改区)农作物的秸秆是一种宝贵的资源，但不少农民在收割后为了方便，在农田里大量焚烧秸秆，其害处是(举出两个)：分析：这样浪费了能源，生成的烟尘、气体又污染了环境．答案：浪费资源污染空气创新实践应用一、物理与生活例1 学校在室温20℃时，每天向学生供100 kg开水．烧这些水若分别用干木柴、烟煤、汽油三种燃料，在完全燃烧的情况下，需多少kg干木柴?多少kg烟煤?多少kg汽油?(设燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收)分析：本题考查了热量计算公式Q＝cm△t，由此公式可求出100kg、20℃的水升高到100℃时吸收的热量，即燃料完全燃烧放出的热量，依据Q＝mq求出燃料的质量．100 kg水从20℃加热到100℃吸收的热量为 Q吸=cm△t＝4．2×103J／(kg·℃)×100 kg×(100℃一20 ℃)Q吸=3．36×107J燃料完全燃烧放出热量 Q放＝Q水吸＝3．36×107J由公式Q＝mq，推得由热值表中查得干木柴的热值q1＝1．2×107J／kg，烟煤的热值q2＝2．9×107J／kg，汽油的热值q3＝4．6×107J／kg答案：需2．8 kg：干木柴，1．16 kg烟煤，0．73 kg汽油．例2 关于提高热机效率的途径，下列说法中错误的是( )A．尽量使燃料充分燃烧 B．尽量减少输出功率C．尽量减少摩擦 D．尽量减少热量的损失分析：热机的效率和热机的功率是两个不同的概念且无直接联系．内燃机工作过程中．由于存在各种能量损失，热机效率总小于1，损失的主要途径是：燃料燃烧不充分，废气带走内能，散热损失部分内能及克服摩擦做功的机械能损失，减少能量损失是提高热机效率的直接方法．所以A、C、D选项是正确的，B是错误的．答案：B二、开放与创新例3 如图12—23所示是锅炉工作时的外景，存在的主要问题是什么?分析：善于观察，并对观察的现象进行分析和概括是学习和理解知识的重要方法，即要求同学们能透过现象看本质．由图中的浓烟滚滚，想到燃料燃烧的不充分，废气中含有粉尘造成大气污染．答案：(1)燃料燃烧不充分，且烟气带走大量热量，造成能量损失．(2)造成大气污染，导致“温室效应”和“酸雨”．例4 天然气是一种清洁能源,国家“西气东输”重点工程的建设已于2002年国庆期间部分投入使用.对保护环境和解决内地省区能源问题都有重大意义．天然气的热值约为8.7×10J／m，从新疆吐—哈油田往上海每输送100m3的天然气，相当于输送了的能量．分析：天然气的热值约为8．7×107J／m，现要求100m3的天然气完全燃烧放出的能量．由Q=mq可得，此式中的质量m应为体积v＝100m，则Q＝Vq＝100m3×8．7×107J／m=8．7×109J．答案：8．7×109J三、学科渗透例5 酸雨是怎样形成的?它有什么主要危害?答案：因为内能的来源主要由燃料的燃烧获得，而燃烧一种氧化反应，反应生成的二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳以及氮氧化合物都是酸性气体，这些气体与高空水蒸气结合就形成酸或酸性液体，落到地面形成酸雨．它的主要危害是对人呼吸道、皮肤裸露部分有强烈的刺激和腐蚀作用，且对农作物、水生动植物有严重的危害，使这些动植物大量死亡或退化、减产等，现已引起人们的高度重视．例6 报载，在南美一些国家的原始丛林中发现大量奇怪的青蛙、蚂蚁等动物，有些甚至有剧毒且会攻击人类，这是怎么回事?答案：由于这些国家近几年来加快了工业化的进程，国民经济发展迅速，但同时由于大量地使用燃料获取内能，造成十分严重的大气污染，从而导致许多野生动、植物发生变异，所以出现上述现象．四、探究学习例7 (2003·甘肃)某校每天需将10kg、20 ℃的水烧开供师生饮用．(1)试计算每天烧开水所需的热量是多少?(2)若分别使用煤炭、煤气、天然气做燃料，根据课本中的知识和你的生活经验，简述使用哪种燃料对大气污染程度最重以及它对大气的污染物主要是什么?分析：本题既考查了水的比热容、热量计算公式Q＝cm△t又考查了环境污染问题，煤和石油的燃烧会产生二氧化硫，空气在高温下参加反应会产生氮氧化物，燃烧不完全会产生粉尘和一氧化碳，而煤气、天然气等气体燃料的洁净的燃烧、低污染的排放能减少大气污染，保护环境．答案：(1)Q＝cm△t＝4．2×10J／(kg。