热机及热量的计算一．热机：热机原理是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的动力机械的一类，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机、喷气发动机等。
热机通常以气体作为工作物质（传递能量的媒介物质叫工质），利用气体受热膨胀对外做功。
内能的来源主要有燃料燃烧产生的热能、核能、太阳能和地热等。
热机在人类生活中发挥着重要的作用。
现代化的交通运输工具都靠它提供动力。
热机的应用和发展推动了社会的快速发展，也不可避免地损失部分能量，并对环境造成一定程度的污染。
热机的工作原理：由内能通过做功转化为机械能（例：酒精燃烧，化学能转化为内能，热量传给水，水沸腾将瓶塞顶出去，水蒸气的一部分内能转化为瓶塞的机械能。
）。
热机的四个冲程：吸气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程。
热机的发展史：蒸汽机→蒸汽轮机→内燃机→喷气发动机→火箭发动机热机是利用内能来做功的机器。
分为内燃机和外燃机两种。
常见的内燃机有柴油机和汽油机，通过做功将内能转化为机械能。
一、汽油机：用汽油作燃料的内燃机1. 构造进气门，排气门，火花塞，气缸，活塞，连杆，曲轴。
冲程：活塞从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程在做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。
其余三个冲程是依靠飞轮的惯性来完成。
2．工作过程四冲程是指在进气、压缩、做功和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。
吸气冲程时，此时进气门开启，排气门关闭。
流过空气滤清器的空气，和经化油器与汽油混合形成的可燃混合气，经进气管道、进气门进入气缸；压缩冲程时，气缸内气体受到压缩，压力增高，温度上升，将机械能转化为然气的内能；做功冲程是在压缩上止点前点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并作功；排气冲程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。
此后再由进气行程开始，进行下一个工作循环。
内燃机气缸内的燃料燃烧使活塞、气缸套、气缸盖和气门等零件受热，温度升高。
为了保证内燃机正常运转，上述零件必须在许可的温度下工作，不致因过热而损坏，所以必须备有冷却系统。
内燃机不能从停车状态自行转入运转状态，必须由外力转动曲轴，使之起动。
这种产生外力的装置称为起动装置。
常用的有电起动、压缩空气起动、汽油机起动和人力起动等方式。
二、柴油机：用柴油作燃料的内燃机1．构造：进气门，排气门，喷油嘴，气缸，活塞，连杆，曲轴2．为了向气缸内供入燃料，内燃机均设有供油系统。
汽油机通过安装在进气管入口端的化油器将空气与汽油按一定比例(空燃比)混合，然后经进气管供入气缸，由汽油机点火系统控制的电火花定时点燃。
柴油机的燃油则通过柴油机喷油系统喷入燃烧室，在高温高压下自行着火燃烧。
外燃机外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，因它是在1816年为苏格兰的R.斯特林所发明，故又称斯特林发动机。
新型外燃机使用氢气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。
气缸一端为热腔，另一端为冷腔。
工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。
燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。
由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效律、低噪音、低污染和低运行成本。
外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。
只要热腔达到700℃，设备即可做功运行，环境温度越低，发电效率越高。
该公司提供的STM4-120型25kW级机组的发电效率为29.6%，大大高于同容量的内燃机。
外燃机最大的优点是出力和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。
二．热机的效率热机是利用燃料的燃烧来做功的装置。
燃料在热机中燃烧时，总有一小部分燃料不能完全燃烧而损失掉，但更主要的是热机工作时，排气冲程排出的废气带走很大一部分能量，另外还有一部分能量损失在散热上，由于热机的各零部件之间有摩擦，需要克服摩擦做功而消耗一部分能量。
因此，燃气推动活塞做有用功的能量只是燃料完全燃烧放出的能量中的一部分，而热机的效率就是指用来做有用功的那部分能量和燃烧完全燃烧放出的能量之比。
所以，热机的效率总小于1。
热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。
三．提高热机效率的途径（1）在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。
（2）在使用上，要正确使用，注意保养。
例如加润滑剂以保证良好的润滑，减小摩擦；运动零件之间的间隙要调整得当，减小摩擦和防止漏气。
（3）充分利用废气带走的能量。
例如热电站就是利用废气来供热的，这种既供电又供热的热电站，比一般的火电站，燃料的利用率将大大提高。
四．热量计算一、纯热量计算类型分析步骤：1、确定研究对象2、判断吸放热；确定对应公式Q=Cm△t，其中(吸热升温)△t=t-t0，(放热降温)△t=t0-t3、公式变形进行计算例1、质量为2kg、温度为l5℃的水，吸收l.68×l05J的热量后，温度升高到多少摄氏度？[C水=4.2×103J/(kg·℃)]分析：1、水为研究对象；2、吸热：Q=Cm(t-t0)；3、公式变形t-t0= Q/ Cm=l.68×l05J/（4.2×103J/(kg·℃) ×2kg）t=（20+15）℃=35℃答略注意：1、物理计算题步骤细节也很重要，以此题6分为例，公式要占去3分，而带入数据1分，计算结果和单位2分，一步都不能少，望各位学生引起重视。
2、此类题如是水在标准大气压下升温，最高温度只能是100℃。
3、“升高”和“升高到”的不同含义，前者指的是温度变化量，而后者是指末温。
4、水的质量单位是kg例2、质量为500g的铁锅中放有3kg的水，把它们从15℃热到85℃，吸收了多少热量？[C铁=0.46×103J/(kg·℃)，C水=4.2×103J/(kg·℃)]分析：给水加热时，铁锅也要同时吸热。
1、水和铁锅为研究对象；2、均吸热：Q=Cm△t，△t=t-t0；3、求热量之和Q解：△t=t-t0=85-15=70(℃)Q=Q1+Q2=C1m1△t+C2m2△t=(C1m1+C2m2)△t=(4.2×103×3+0.46×103×0.5)×70 J =8.981×105J答略※例3、为了测量某种液体的比热容，把质量为l00g的铜块从沸腾的水中取出(标准大气压下)，迅速投入质量为l00g、温度为l0℃的待测液体中，混合后的共同温度是25℃，若不计热量损失，求这种液体的比热容为多少？[铜的比热容C铜=0.4×103J／(kg·℃)]分析：铜块和水之间发生热传递，铜块放热降温，水吸热升温，Q吸=Q放。
如果题目中已知条件较多，一定要提前设好物理量，所以建议大家写已知、求。
已知：C铜=0.4×103J/(kg·℃)，t01=100℃，t02=10℃，t=25℃，m=100g=0.1kg解：∵Q吸=Q放∴C液m(t-t02)=C铜m(t01-t)∴C液=2×103J/(kg·℃)答略二、与热效率相关公式：Q=Q有+Q无，Q总=Q有/η※例4、在一把质量为500g的铝质电热水壶中，装有2kg水。
用这把电水壶把20℃的水加热到100℃。
若该电水壶的热效率为80%，问烧开这壶水需要消耗多少电能？[C铝=0.88×103J／(kg·℃)，C水=4.2×103J/(kg·℃)]分析：本题与例2的区别在于消耗电能并没有全部被水吸收，壶身、外界空气等均要吸热。
只有水吸收热量为有效部分，空气吸热未知，所以不能用Q=Q 有+Q无计算。
因为知道电水壶的热效率η，所以可使用Q总=Q有/η计算，而不需要计算铝壶吸收的热量。
解：Q水=C水m(t-t0)=4.2×103×2×(100-20) J=6.72×105JQ=6.72×105J/80% ==8.4×105J三、与热机及燃料有关例5、人造湖有“吸热”功能，在炎热的夏季能大大减弱周围地区的“热岛效应”。
若人造湖湖水的质量为8.1×107kg，水温升高2℃，湖水吸收的热量是多少？这些热量相当于多少吨无烟煤完全燃烧放出的热量？(无烟煤的热值为3.4×107J/kg)分析：水吸热升温Q=Cm△t，△t=t-t0，无烟煤燃烧防热Q=qm，且Q吸=Q放解：Q吸=C水m△t=4.2×103×8.1×107×2 J =6.804×1011J∵Q吸=Q放∴m= Q吸/q=6.804×1011J/3.4×107J/kg==2.0×104(kg)=20t 答略※※例六．单缸汽油机的飞轮每分钟转600圈，第三冲程燃气对活塞的压强为5×105Pa（假设压强在整个冲程中不变）活塞行程为0.2m 活塞横解面积为100cm2,求这个汽油机的功率。
F=PS=5×105Pa×100cm2 =5000NW=FS=5000N×0.2 m =1000J(每个冲程活塞所做的功）功率P＝W/t=(1000J×600/2)/60S=5000w热身训练：1、汽油机的工作过程是由吸气、压缩、___ __ 和排气四个冲程组成的。
完全燃烧10kg 的汽油可以放出___ __ J的热量（汽油的热值为4.6×107J/kg）。
2、随着人们物质生活水平逐步提高，农村的厨灶发生了革命性的变化．煤球炉、沼气灶和液化气灶等灶具已走进家庭.液化气与煤相比,热学方面突出的优点是________________；环保方面突出的优点是 __________________________ .若要将2.5kg 初温为20℃的水加热到80℃,至少需要燃烧 _________________m3的液化气．［水的比热容是4.2×103J/(kg•℃),液化气的热值是5.0×107J/ m3 ］3、某中学为学生供应开水，用锅炉将200㎏的水从25℃加热到100℃，燃烧了6㎏的无烟煤。
［水的比热容是4.2×103J/（㎏·℃）,无烟煤的热值是3.4×107J/㎏］试求：（1）锅炉内200㎏的水吸收的热量是多少焦耳？（2）6㎏无烟煤完全燃烧放出的热量是多少焦耳？（3）此锅炉的效率是多少？4.质量为20g的水，温度从10℃降低到0℃，但未凝固成冰，它放出的热量是多少？如果这些热量恰好使80g的某种固体温度从-5℃刚好升高到0℃，这种固体的比热容多大？5.一间容积为200m3的房间，若不供给热量，每5min室温将降低1℃，为保持室温恒定，每小时应向房间供热多少焦耳？[空气密度为1.3kg/m3，空气比热容为1.0×l03J/(kg·℃)]6.在一个标准大气压下，把质量为200g的铝块放在沸水中充分加热后，迅速投入温度为16℃，质量为210g的水中，不计热损失。