热机的工作原理

第三节热机的工作原理学习目标：1.知道什么是热机以及热机的工作原理．2．了解内燃机的工作原理．3．了解燃气轮机和制冷机的工作原理．第三节核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案学习目标课前自主学案一、热机1．热机是把_______转化为_______的一种装置．2．蒸汽机和蒸汽轮机是把_______的内能转化为机械能，内燃机和燃气轮机是把________的内能转化为机械能．二、蒸汽机和蒸汽轮机1．蒸汽机：工作物质是________，它是从加热器吸收热量，其中部分热量用于推动活塞_______，剩余的热量排入冷凝器．2．蒸汽轮机：它是用高压水蒸气驱动_______，带动转子高速旋转，能输出强大动力．内能机械能水蒸气燃气水蒸气做功叶轮三、内燃机和燃气轮机1．内燃机(1)燃料在汽缸内燃烧，直接利用汽缸内生成的高温高压气体推动活塞做功．(2)工作原理①内燃机的一个工作循环一般由______、_____、_______和_______四个冲程组成．四个冲程循环往复，内燃机持续工作．内燃机的一个工作循环，活塞往复____次，做功____次，飞轮转____转．②能量转化在内燃机工作的四个冲程中，只有______冲程燃气对外做功，完成______向_______的转化；压缩冲程是将_________转化为____能的过程．吸气压缩做功排气两一两做功内能机械能机械能内2．燃气轮机燃气轮机没有汽缸和活塞，工作时将燃油喷入__________，燃烧后产生高温高压燃气，驱动涡轮旋转，将燃气的_______转化为________．四、制冷机制冷机跟蒸汽机、内燃机一样都属于_____，只是两者的作用正相反．热机利用吸收的热量的一部分做功，同时将另一部分排放；而制冷机则利用外界对它所做的功，从待冷却物体中吸收热量，同时向高温物体排放．燃烧室内能机械能热机科目一考试年科目一模拟考试题科目二考试年科目二考试技巧、考试内容、考试视频核心要点突破一、热机1．热机热机是把内能转化成机械能的一种装置．如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能；燃气轮机把燃气的内能转化为机械能．2．热机的组成部分热源：指燃烧燃料而获得能量的部件．工作物质：指利用获得的热量来做功的物质．如蒸汽机里的蒸汽，内燃机里燃烧后的高温气体，燃气轮机内的燃气．冷凝器：把工作物质做功后所剩余的热量进行再吸收的部分．如推动活塞做功后放出的蒸汽的温度也很高，如果把这种蒸汽直接放入大气中，则大气就是冷凝器．当然这样就白白浪费了剩余蒸气所具有的能量，通常把这种工作后的剩余蒸汽通过管道送入居民区用于烧水、做饭、取暖等．3．热机的工作原理工作物质从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器中．根据能量守恒，有Q1＝W＋Q2.4．热机的种类热机分为外燃机和内燃机两种．如蒸汽机、蒸汽轮机属于外燃机；内燃机包括柴油机、汽油机、燃气轮机．特别提醒：热机必须有热源和冷凝器，工作时总要向冷凝器中散热，总有Q1＞W.即使是理想热机，无摩擦、无漏气，也不可能把吸收的热量Q1全部转化为机械能，因此η＜1.二、内燃机的工作原理1．内燃机的四冲程内燃机的一个工作循环一般由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程四个冲程组成．注意：活塞由最上端运动到最下端或最下端运动到最上端叫做一个冲程．(1)吸气冲程：此时，进气门打开，排气门关闭，在飞轮作用下，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，混合气体体积增大，温度近似看做不变，即工作物质没有传热和做功效应，其内能近似不变．(2)压缩冲程：在飞轮作用下，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，外界对工作物质做功使工作物质内能增加，温度升高．(3)做功冲程：在压缩冲程结束时由电火花点火，使燃料燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，在此阶段中，工作物质既从高温热源(燃烧的燃料)t1吸热Q1，又对外做负功(－W)，其内能先是在吸热后增加，又在对外做功后减少．(4)排气冲程：此时，进气门关闭，排气门打开，在飞轮作用下，活塞向上运动，把温度较高的废气排出汽缸，同时将一部分热量Q2传递给外界环境(低温热源t2)，其内能继续减少．2．四冲程柴油机原理图，如图2－3－1.柴油机工作过程原理图图2－3－13．四冲程汽油机原理图，如图2－3－2.图2－3－2三、制冷机1．工作原理如图2－3－3所示，制冷机的压缩机在电动机等的带动下做功，将蒸汽状的制冷剂压入冷凝器(散热器)，制冷剂在冷凝器(散热器)中液化，放出热量；液态的制冷剂进入蒸发器后，通过很细的管道后膨胀、汽化，这个过程中冷库的温度降低．其后再次进入压缩机，准备下一次循环过程．制冷机的结构和工作原理图2－3－3特别提醒：制冷机可以使用不同的制冷剂．过去常用氟利昂，但是因为氟利昂会破坏大气的臭氧层，现在已改用R134a了．2．热机与制冷机的联系与区别广义地讲，制冷机跟蒸汽机、内燃机一样都属于热机，只是两者的作用正好相反．热机利用吸收的热量的一部分做功，同时将另一部分排放(图2－3－4甲)；而制冷机则利用外界对它所做的功，将待冷却物体中的热量取出，同时向高温物体排放(图2－3－4乙)．图2－3－4课堂互动讲练内燃机工作原理的理解例1内燃机工作的四个冲程中，将内能转化为机械能的是()A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程【精讲精析】内燃机要完成一个工作循环，就要完成吸气、压缩、做功和排气这四个冲程．燃料是在做功冲程中燃烧的．化学能先转化为内能，产生高温高压的气体，推动活塞做功，内能再转化为机械能的．而另外三个冲程是要消耗机械能的．所以选项应为C.【答案】C变式训练1下列叙述正确的是()A．在构造上，汽油机汽缸顶部有火花塞，柴油机汽缸顶部有喷油嘴B．在吸气冲程中，汽油机吸入汽缸的是汽油，柴油机吸入汽缸的是柴油C．在压缩冲程中，汽油机是压燃机点火，柴油机是点燃式点火D．在做功冲程中，汽油机汽缸里燃气压强比柴油机里的高解析：选A.由于汽油机与柴油机的区别是：汽油机汽缸顶部有火花塞，柴油机汽缸顶部有喷油嘴；汽油机吸入汽缸的是空气与汽油的混合物，柴油机吸入汽缸的只是空气；在压缩冲程中，汽油机是点燃式点火，柴油机是压燃式点火；在做功冲程中，柴油机燃气压强高，因而效率比汽油机的高．对制冷机工作原理的理解例2图2－3－5图2－3－5所示为电冰箱的工作原理．压缩机工作时，使制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环从而达到制冷的效果，那么，下列说法正确的是()A．在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量B．在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量C．在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩并放出热量D．在冰箱内的管道中，制冷剂被剧烈压缩并吸收热量【精讲精析】根据制冷机的制冷原理可知，在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀是汽化过程要吸收热量，在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩是液化过程要放出热量．故只有B、C两项正确，A、D两项错误．【答案】BC【方法总结】记住并理解制冷机的工作原理很重要．变式训练2制冷机向空气放出的热量用Q1表示，从冷库吸收的热量用Q2表示，需要外界做功用W表示，关于三者的关系正确的是()A．Q1＝Q2＝WB．Q1＜Q2＜WC．Q2＞Q1＞WD．Q1＝Q2＋W答案：D