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第十三章 热和能

一、分子热运动

1.分子动理论的内容是:

(1)物质由分子组成;

(2)一切物体的分子都在不停地做无规则运动。

(3)分子间存在相互作用的引力和斥力。

2.扩散:不同的物质在互相接触时彼此进入对方现象。

扩散现象说明:

①分子在不停地做无规则的运动。

②分子之间有间隙。

气体、液体、固体均能发生扩散现象。扩散快慢与温度有关。温度越高,扩散越快。

3.分子的热运动:由于分子的运动跟温度有关,所以把分子的无规则运动叫做分子的热运动温度越高,分子的热运动越剧烈。

二、内能

1.内能:构成物体的所有分子,其热运动的动能和分子势能的总和,叫做物体的内能。

单位:焦耳(J)

2.一切物体在任何情况下都有内能;无论是高温的铁水,还是寒冷的冰块都具有内能。

3.物体的内能大小与温度的关系:在物体的质量,材料、状态相同时,温度越高物体内能越大。

4.内能的改变:

(1)改变内能的两种方法:做功和热传递。

(2)热量:热传递过程中,传递的能量的多少叫热量,热量的单位是焦耳。热传递的实质是内能的转移。

A、热传递可以改变物体的内能。

①热传递的方向:热量从高温物体向低温物体传递或从同一物体的高温部分向低温部分传递。

②热传递的条件:有温度差。

热传递传递的是内能(热量),而不是温度。

③热传递过程中,物体吸收热量,内能增加;放出热量,内能减少。

注意:物体内能改变,温度不一定发生变化。

B、做功改变物体的内能:

①做功可以改变内能:对物体做功,物体内能会增加,物体对外做功,物体内能会减少。

②做功改变内能的实质是内能和其他形式的能的相互转化。

做功与热传递改变物体的内能是等效的。

三、比热容

1.定义:一定质量的某种物质,在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比。

2.定义式:

3.单位:J/(kg·℃)

4.物理意义:表示物体吸热或放热的能力的强弱。

5.比热容是物质的一种特性,大小与物质的种类、状态有关,与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。

6.水的比热容为4.2×103J/(kg·℃),它表示的物理意义是:1kg的水温度升高(或降低)1℃吸收(或放出)的热量为4.2×103J

7.比热容表

(1)比热容是物质的一种特性,各种物质都有自己的比热容。

(2)从比热容表中还可以看出:各物质中,水的比热容最大。这就意味着,在同样受热或冷却的情况下,水的温度变化要小些。水的这个特征对气候的影响很大。

在受太阳照射条件相同时,白天沿海地区比内陆地区温度升高的慢,夜晚沿海地区温度降低也少。所以一天之中,沿海地区温度变化小,内陆地区温度变化大。在一年之中,夏季内陆比沿海炎热,冬季内陆比沿海寒冷。

(3)水比热容较大的特点,在生产、生活中也经常利用。

如汽车发动机、发电机等机器,在工作时要发热,通常要用循环流动的水来冷却。冬季也常用热水取暖。

8.热量的计算公式:

第十四章 内能的利用

一、热机

1.热机:把内能转化为机械能的机器叫热机。

2.内燃机:

①冲程:活塞在汽缸内往复运动时,从汽缸的一端运动到另一端的过程,叫做一个冲程。

②内燃机的工作过程:内燃机的每一个工作循环分为四个阶段:吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段,吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的,而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程,是由内能转化为机械能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。

③汽油机和柴油机的不同处

汽油机:气缸顶、吸入空气和汽油混合、点燃式、效率较低

柴油机:气缸顶、吸入空气、压燃式、效率较高

二、热机的效率

1.燃料的热值

①定义:某种燃料完全燃烧放出的热量与的其质量之比,叫做这种燃料的热值。用符号“q”表示。

②定义式:q=Q/m(q为热值) ( 若燃料是气体燃料 q=Q/v)

③单位:J/kg,读作:焦耳每千克 J/m3 读作:焦耳每立方米

酒精的热值是3.0×107J/kg,它表示:1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。

煤气的热值是3.9×107J/ m3,它表示:1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J。

(7为次方)

④关于热值的理解:

A、对于热值的概念,要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是针对燃料的质量而言,如果燃料的质量不是1kg,那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料:说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧:表明要完全烧尽,否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。

B、热值反映的是某种物质的一种燃烧特性,同时反映出不同燃料燃烧过程中,化学能转变成内能的本领大小,也就是说,它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。

2.热机的效率:

(1)热机的能量流图:

真正能转变为对外做的有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。

(2)定义:热机工作时,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叫做热机的效率。

(3)公式:η=Q有/Q总×100%。

式中,Q有为做有用功的能量;Q总为燃料完全燃烧释放的能量。

(4)提高热机效率的主要途径

①改善燃烧环境,使燃料尽可能完全燃烧,提高燃料的燃烧效率。

②尽量减小各种热散失。

③减小各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量。

④充分利用废气带走的能量,从而提高燃料的利用率。

三、能量的转化和守恒

能量守恒定律:能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会从一种形式转化为其它形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。

“第一类永动机”永远不可能实现,因为它违背了能量守恒定律。

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