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第十四章 内能的利用（知识清单）
第1节 热机
一、热机
1. 热机：利用内能做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等发动机都是利用燃烧燃料释放的内能
做功的装置，都是热机。
2. 热机的种类：常见的有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
3. 热机的工作原理：燃料的化学能→内能→机械能。
4. 内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油
机和柴油机两类。
二、汽油机
1. 工作原理：利用汽油在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
2. 主要结构：汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。
3. 工作过程
（1）冲程：活塞在气缸内往复运动，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
（2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气
冲程。
（3）完成一个工作循环，活塞往复运动2 次，飞轮转动2 周，对外做功1 次.
（4）汽油机的工作过程冲程 活塞
进气门 排气门 冲程的作用 能量转化
名称 运动
吸气
开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物
冲程
压缩 压缩燃料和空气的混合物， 机械能转
闭 闭 向上
冲程 使其内能增大，温度升高 化为内能
火花塞产生电火花，点燃燃
做功 内能转化
闭 闭 向下 料，高温高压的燃气推动活
冲程 为机械能
塞做功，带动飞轮转动
排气
闭 开 向上 排出废气
冲程
3. 柴油机与汽油机的异同
柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循
环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点：
（1）汽油机汽缸顶部有火花塞，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压
的气体（俗称“ 点 燃 式”）；柴油机汽缸顶部没有火花塞，只有喷油嘴，在压缩冲程结束时，压缩空
气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来（俗称“压
燃式”）。
（2）汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有空气。
第2节 热机的效率
一、热值
1. 燃料（可燃烧的物质）
（1）燃料的种类：固体燃料有木柴、煤；液体燃料有汽油、酒精；气体燃料有煤气、天然气等。
（2）燃料燃烧时能的转化：燃料的燃烧是一种化学变化，燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。
2．热值
（1）定义：我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。热值在数
值上等于1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。
（2）公式： q =
Q 是燃料放出的热量，单位是J； m是质量，单位是kg；q是热值，单位是J/kg。
放
（3）单位：焦/千克，符号J/kg。
（4）热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为
3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。热值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。同种
燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。
（5）燃料燃烧放出热量：Q ＝ qm ；
放
（6）气体燃料的热值：q=
V表示气体燃料的体积，单位是m； Q表示放出的热量，单位是J；q表示气体燃料的热值，单位
使用 焦 / 米 3 （ J/m 3 ） 。
二、热机的效率：
1. 日常生活中的热效率：η = =
2. 热机的效率
（1）用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。
W W
有用 有用
η= =
Q qm
总
（2）公式： 。
（3）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率
的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。
3. 提高热机效率的主要途径
（1）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量
大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，
这就是热电站。
（2）在热机的设计和制造上，采用先进的技术.
（3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而
额外消耗的能量.
4. 热机效率总小于1的原因：
因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损
失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出总能量，所以有用功的能量与燃烧放出的总
能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。
第3节 能量的转化与守恒
一、能量的转化和转移
1. 自然界存在着各种不同形式的能量
（1）机械能：机械能包括动能、重力势能和弹性势能。
（2）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物
体都具有内能。（3）太阳能：太阳能是一种可再生能源。
（4）化学能：各种物质都储存化学能，如燃料、动物、食物都储存有化学能。
（5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。
（4）核能：即原子能。原子核结构发生变化放出的能量。
2. 能量的转化
自然界中的各种现象都是互相联系的。在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。例如
“钻木取火”是机械能转化为内能；蒸汽机火车是内能转化为机械能。
3. 能量的转移
能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。
例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分，
这些都属于能量的转移。
二、能量守恒定律
1. 能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从
一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
2. 对能量守恒定律的理解
（1）能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大
到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研
究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。
（2）能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。
3. 永动机
（1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永
动机。然而，从没有一种永动机成功过。
（2）能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不
能无中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永动机。
