如何理解熱機的效率

2021-03-01 初中物理微課

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八年級時,我們已經學習過機械效率,我們到現在對它可能處於懵懂的狀態,九年級又要學習熱機的效率,看來又要困擾我們一陣子了,其實理解它們關鍵要弄清「效率」一詞!

生活中提到效率的地方有很多:

辦事效率:一個人的辦事效率高低是指這個人的辦事成效與他付出的時間、金錢等代價之間的關係,可以用辦事的成效除以付出的總共代價來衡量他的辦事效率;

種植成活率:用來表示農業生產中,某種植物成活的數量與總共種植的數量之間的關係,可以用成活的數量除以總種植量來衡量成活率;

機械效率:類比與此,機械雖然給我們帶來省力或省距離等方便的同時,機械本身也要消耗能量,比如克服機械重量、摩擦等,所以我們要額外多做功。機械效率是用來表示在通過機械完成某項任務時,任務本身要消耗的功與我們在這一過程中實際做的功的關係。可以用任務本身要消耗的功除以我們實際做的功來衡量機械的效率。

爐子的效率:用爐子燒水,我們是讓水吸收熱量,以達到水升溫的目的,這時我們要消耗燃料的化學能,但是燃料在燃燒過程中會有部分燃燒不充分、放出的熱量也會有一部分散失到空氣中或其它地方,這樣真正被水吸收的熱量(對我們有用的)只是所消耗的燃料所能釋放能量的一部分。可以用被水吸收的熱量除以消耗的燃料所能放出的熱量來表示爐子的效率。

爐子效率能量流程圖

熱機的效率:我們是想利用熱機把燃料所能釋放的內量轉化為我們需要的機械能。與爐子的效率同理,燃料在熱機中燃燒,燃料的能量也會有相當一部分由於燃料燃燒不完全、熱量散失等原因,導致轉化為我們所需要的機械能(對我們有用的)的部分大大減少。可以用熱機所做的機械功除以消耗的燃料所能放出的內能來表示熱機的效率。

熱機效率能量流程圖

目前,「節能減排」已引起全球的關注。如何減少耗能,提高汽車發動機的效率越來越受到人們的重視。

(1)大多數家用汽車的發動機均為汽油機,它把汽油燃燒產生的內能部分轉化成機械能,再通過傳動機構將動力傳給車輪使汽車行駛。請你將圖中汽油機工作時的能流圖補充完整。

(2)發動機的效率是汽車的經濟性能指標之一。廠家提供的某汽車出廠的部分參數如下:

①測試數據:汽車在平直公路上以速度100Km/h的速度勻速行駛時,百公裡耗油量為10升,發動機輸出功率為30kW;

②使用燃料:93號汽油[熱值為4.6×103J/kg)、密度為700Kg/m3]。

請用以上參數算出該汽車發動機的效率。

(1)流圖補充

(2)汽車發動機的效率

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