12.4热机与社会发展

初中物理知识点讲解

同学们大家好，今天我们开始讲第四节，热机与社会发展

热机是人类历史上伟大的发明，热机的种类有很多，有蒸汽机，火箭发动机，内燃机等等，常见的内燃机有汽油机和柴油机。这些热机的共同特点是将燃料的化学能通过燃烧的方式转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能。下面我们以汽油机为例，讲解一下汽油机的工作原理。汽油机是用汽油作为燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机。汽油机的结构上有气缸，活塞，进气门，排气门，火花塞，连杆和曲轴。

四冲程汽油机的一个工作循环中，包括四个冲程。分别如下：

吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入空气和汽油的混合物。

压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，压缩空气和汽油的混合物，使汽油和空气的内能增大，温度升高，将机械能转化为内能。这个冲程中的能量转化和打气筒压缩空气的能量转化相同。

做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，火花塞点火，使汽油燃烧，将内能转化为机械能从而使活塞向下运动。这个冲程中的能量转化和烧水过程中，茶壶盖被顶起的能量转化是相同的。都是内能转化为机械能。

排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出，由于废气温度较高，内能较大，所以这个过程中会有较多的能量损失。且排出的废气会造成大气污染。

在汽油机的一个工作循环中，包括四个冲程，其中只有做功冲程中的活塞是靠内能转化为机械能而运动，其他三个冲程中的活塞运动都是靠飞轮的惯性来完成的。热机对环境的污染主要有大气污染和噪声污染。常见的汽油机要能够正常工作，必须连续完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且不断循环进行。

单杠四冲程汽油机的一个工作循环中包括四个冲程，活塞上下往复运动两次，带动曲轴转动两圈，只有一个做功冲程做一次功。也就是存在一个4：2：1的比值关系。一个工作循环，包括4个冲程，曲轴转2圈，做1次功。

下面我们来分析一个问题，如果一个汽油机的转速3600r/min。那么这个汽油机每秒钟做多少次功，曲轴转多少圈。

分析过程如下：3600r/min，也就是60r/s。根据4：2：1的比值，可以知道，一秒钟转做30次功，60r。

热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机效率。热机工作时，燃料完全燃烧能够释放的为总能量，总能量的去向主要包括下面这些部分：1，转化为机械能，也就是有用功，2高温的废气带走的内能，3，发动机散热和机械摩擦损失的能量，4，燃料不完全燃烧浪费的能量。

热机效率，用公式表达为：η=W有用/Q放×100%，在汽车匀速直线行驶过程中，F牵引力=摩擦力f，有用功是牵引力做功，或者说是克服阻力做功，即W有用=F牵引力S，或者是摩擦力f×s，所以热机效率η=W有用/Q放×100%=FS/mq。

我们来分析一个例题：一辆汽车在平直的公路上做匀速直线行驶，受到的阻力为1000N，通过2300m的路程，消耗了0.1Kg的汽油，已知汽油的热值为4.6×107J/kg，求这个过程中，汽油机的热机效率为多少。

解题过程如下：已知汽车匀速直线运动，所以F牵引力=f阻力=1000N，所以有用功：W有用=FS=1000N×2300m=2.3×106J，燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq=0.1kg×4.6×107J/kg=4.6×106J。热机效率η=W有用/Q放×100%=2.3×106J/4.6×106J=50%

答：汽油机的热机效率为50%。

接下来我们讲一下柴油机和汽油机的区别

燃料上：柴油机燃烧柴油，汽油机燃烧汽油

结构上：柴油机是喷油嘴，汽油机是火花塞

吸气冲程：柴油机吸入空气，汽油机吸入空气和汽油

点火方式：柴油机是压燃式，汽油机是点燃式

在运用上：柴油机用于火车，轮船等载重机型，汽油机用于汽车，摩托等轻巧机型

在热机效率上：柴油机的热效率一般高于汽油机

提高热机效率的常用方法有这么几个：1，使燃料充分燃烧，2，保持良好的润滑，减小机械摩擦，3，减小各种热量散失

好，今天我们就讲到这里，同学们再见。