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热机

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蒸汽机是一种热机。在生活中有各种各样的热机,到底什么是热机呢?热机是用来干嘛的?

王尚老师录制了12段教学视频,供同学们免费学习

热机视频

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热机

人类需要各种各样的能量来做功。比如,外出时我们希望有能量推动汽车,坐电梯时需要有电能转化为人和电梯的重力势能,等等。

可以说,人类的文明是基于能量与做功的有效利用。热机,显然与热是有关的,到底什么是热机呢?这是我们这一节《14.1热机》的主要教学内容。

热机与第一次工业革命

第一次工业革命是指18世纪60年代从英国发起的技术革命,是技术发展史上的一次巨大革命,它开创了以机器代替手工劳动的时代。

这不仅是一次技术改革,更是一场深刻的社会变革。

瓦特蒸汽机就是一种热机,是第一次工业革命的代表。第一次工业革命的代表是:

1.哈格里夫斯珍妮纺织机(机械结构的改善)

2.瓦特制成的改良型蒸汽机(让内能做功)

水蒸气做功的实验演示

如图所示,

酒精灯燃烧产生的热量传递给水和水蒸气;橡皮塞受到水蒸气的压力而被弹出去,水蒸气的内能转化为塞子的动能。

实验说明:内能可以转化为机械能。这个实验展现的就是蒸汽机的基本原理。

热机的概念

利用燃料燃烧放出的能量做功的机械,叫做热机。

内燃机是最常见、最典型的一种热机。燃料直接在气缸内燃烧,产生动力的热机叫做内燃机。

热机的分类有:蒸汽机、汽轮机、内燃机、喷气发动机。

曲柄连杆机构

把直线运动转化为圆周运动

蒸汽机的工作原理

汽轮机工作原理

汽轮机也称蒸汽透平发动机,是一种旋转式蒸汽动力装置,高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上,使装有叶片排的转子旋转,同时对外做功。

内燃机

内燃机:燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。

常见的内燃机有两类:汽油机和柴油机。

汽油机与柴油机分别是如何工作的呢?我们来做具体分析:

四冲程汽油机结构

如图所示,四冲程汽油机的剖面图。

汽缸上部有进气门和排气门,顶部有火花塞,下部有活塞,活塞用连杆跟曲轴相连。

汽油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气,推动活塞做功。活塞移动带动曲轴转动。

四冲程汽油机工作原理

如图所示,要使汽油机连续工作,活塞必须能在汽缸内往复运动。

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。

四冲程汽油机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环进行工作。

柴油机的构造与工作原理

柴油机的构造和汽油相似,但是柴油机是通过压缩空气直接点燃柴油,上方不需要设置火花塞,而有一个喷油嘴。

柴油机的工作过程,也包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程。

在吸气冲程吸入的只有空气。在压缩冲程中,活塞把空气压缩得非常小,使得空气的温度很高。压缩冲程结束时,汽缸内空气的温度已经超过了柴油的燃点,此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到空气立刻燃烧。

在做功冲程中,燃烧放出的热使得气体的压强和温度急剧升高,从而推动活塞对外做功。在排气冲程中,曲轴推动活塞向上运动,把产生的废气排出汽缸。

 

柴油机的特点

柴油机对空气的压缩程度比汽油机更高,因此在做功冲程中气体的压强也大于汽油机,因而可以输出更大的功率。

柴油机工作的过程中压强较大,要求各有关零件具有较高的结构强度,因此柴油机比较笨重,主要应用在载重汽车、拖拉机、坦克、火车轮船上,有的地方还用它带动发电机发电。

随着近年来柴油机技术的发展,其体积、噪声和污染等方面的缺点都逐步得到了改善,越来越多的汽车也开始使用柴油发动机了。

《热机》基础知识巩固题

1、燃料燃烧,是       能转化为       

2、内能的利用方式:利用内能来加热,从能的角度看:       ;利用内能来做功,从能的角度来看:       

3、热机定义:       。能的转化:       转化为       

4、汽油机和柴油机的比较,不同点有很多,构造:汽油机的顶部有一个       ,柴油机的顶部有一个       ;吸气冲程:汽油机吸入       ,柴油机吸入       ;点燃方式:汽油机是       ,柴油机是       ;效率:汽油机的效率       ,柴油机的效率       ;应用:汽油机的应用有              ,柴油机的应用有              。他们的相同点是:       

5、内燃机的工作过程由                            四个冲程组成,内燃机中,将机械能转化为内能的是        冲程,将内能转化成机械能的是              冲程。

6、在内燃机工作的四个冲程中,只有       冲程燃气对外做功,完成       能和       能的转化;压缩冲程将       能转化为       能的过程。

7、热机的种类很多,最常见的是       ,它包括              。其他还有                    等。

8、汽油机在压缩冲程中,气缸中的燃料混合物压强       ,温度       

9、下列关于热机错误的是       

A、利用内能来做功的机械叫做热机

B、蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机都是热机

C、一切热机的工作过程都包括四个冲程

D、用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比,叫热机的效率

10、单缸四冲程内燃机工作时,依靠飞轮惯性来完成的是       

A、只有吸气和压缩两个冲程

B、只有压缩和排气两个冲程

C、只有排气和吸气两个冲程

D、有吸气、压缩和排气三个冲程

《热机》基础知识巩固题答案

1、化学   内能

2、是内能的转移过程   是内能转化为机械能

3、利用内能做功的机械   内能   机械能

4、火花塞    喷油塞    汽油与空气的混合气体    空气    点燃式    压燃式    低    高    小型汽车    摩托车    载重汽车    大型拖拉机    冲程:活塞在往复运动中从气缸的一端运动到另一端。一个工作循环活塞往复运动2次,曲轴和飞轮转动两周,经历四个冲程,做功一次。

5、吸气   压缩   做功   排气   压缩   做功

6、做功   内   机械   机械   内

7、内燃机   汽油机   柴油机   蒸汽机   汽轮机   喷气发动机

8、增大   升高

9、C

10、D

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