热量和热机效率的计算
热机和循环过程的效率分析
热机和循环过程的效率分析热机是利用热量转化为功的装置，广泛应用于各个领域，如汽车发动机、电厂的蒸汽涡轮机等。
循环过程是热机运行的基本方式，包括循环过程中的各个步骤和所涉及的热与功的转化。
本文将对热机的效率以及循环过程的效率进行详细分析。
一、热机效率的定义和计算公式热机效率是衡量热机能量利用效率的重要指标。
热机的效率定义为输出的功与输入的热量之比，计算公式如下：η = W/QH其中，η代表热机效率，W表示输出的功，QH表示输入的热量。
热机效率的计算需要考虑热机循环过程中涉及到的各个步骤和热量的转化情况。
在实际运行中，由于能量转化过程中会存在能量损失，所以热机的效率一般小于1。
二、理想热机的效率理想热机是指在假设条件下完全没有能量损失的热机。
根据热力学的理论分析，理想热机的效率只取决于热源的温度差异，与具体的工作物质无关。
在热力学中，理想热机的效率可以通过卡诺热机的效率来进行计算。
卡诺热机是一种理想化的循环过程，由绝热过程和可逆等温过程组成。
卡诺热机的效率只与热源的温度有关，计算公式如下：ηC = 1 - TL/TH其中，ηC代表卡诺热机的效率，TL表示低温热源的温度，TH 表示高温热源的温度。
三、热机实际效率与卡诺热机的关系热机实际效率是指在实际运行中考虑了能量损失的情况下的效率。
与理想热机不同，热机实际效率与工作物质的特性、循环过程的细节都有关系。
热机实际效率与卡诺热机的效率之间存在一定的关系。
根据卡诺定理，不管工作物质的种类如何，任何一台工作在相同高温和低温热源下的热机的效率都不会超过卡诺热机的效率。
这是因为卡诺热机是一种完全无损耗的理想化循环过程，所以其效率是热机能够达到的上限。
实际工程中的热机效率一般不会达到卡诺热机的效率。
这是因为在热机的循环过程中会涉及到各种能量损失，如机械摩擦、热量散失等。
为了提高热机的效率，需要通过改进设计和运用高效的工作物质等手段。
四、循环过程的效率循环过程的效率是指在热机循环过程中能量转化的效率。
热机的工作原理与效率计算分析
热机的工作原理与效率计算分析在我们的日常生活和工业生产中，热机扮演着至关重要的角色。
从汽车的发动机到发电厂的大型机组，热机的应用无处不在。
那么，热机究竟是如何工作的？其效率又是如何计算和分析的呢？让我们一起来探究一番。
热机，简单来说，就是一种将内能转化为机械能的装置。
它的工作原理基于热力学定律，特别是热力学第一定律和热力学第二定律。
我们先来看热力学第一定律，也称为能量守恒定律。
它表明能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，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。
对于热机来说，燃料燃烧产生的热能就是输入的能量，而输出的则是机械能。
以常见的内燃机为例，比如汽车中的汽油发动机。
当汽油和空气的混合物在气缸内被火花塞点燃时，会发生剧烈的燃烧反应。
燃料中的化学能迅速转化为热能，使气缸内的气体温度和压力急剧升高。
高温高压的气体膨胀，推动活塞做功。
在这个过程中，热能转化为了活塞的机械能，通过连杆、曲轴等机构传递出去，最终驱动车辆前进。
然而，热机的工作过程并不是完美的，这就涉及到热力学第二定律。
该定律指出，热不可能自发地从低温物体传到高温物体，或者说，在任何自发的过程中，系统的熵总是增加的。
熵是一个用来描述系统混乱程度的热力学概念。
在热机中，这意味着一部分输入的热能不可避免地会以废热的形式散失到环境中，而无法完全转化为有用的机械能。
了解了热机的工作原理，接下来我们探讨一下热机效率的计算和分析。
热机效率，通常用η表示，定义为热机输出的有用功与输入的总能量之比。
对于一个理想的热机，假设它在温度为 T₁的高温热源处吸收了一定的热量 Q₁，然后在温度为 T₂的低温热源处放出了一些热量 Q₂，根据热力学定律，可以推导出理想热机的效率公式为：η ＝ 1 T₂/T₁。
这个公式表明，热机的效率取决于高温热源和低温热源的温度差。
温差越大，热机的效率就越高。
但在实际情况中，热机的效率远低于理想值。
热力学第二定律与热机效率的计算方法
热力学第二定律与热机效率的计算方法热力学第二定律是热力学中的一个基本定律，它描述了热量的自然流动方向和不可逆性。
在热力学第一定律中，我们学习了能量守恒的原理，即能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
而热力学第二定律则告诉我们，这种能量转化是有方向性的，不可逆的。
热力学第二定律有多种不同的表述方式，其中最常见的是卡诺定理。
卡诺定理指出，任何工作于两个恒温热源之间的热机，其效率都不可能超过卡诺效率，即两个热源温度差的比值。
卡诺效率可以用下式计算：η = 1 - Tc/Th其中，η表示热机的效率，Tc表示冷热源的温度，Th表示热热源的温度。
这个公式告诉我们，热机的效率取决于两个热源之间的温度差异，温度差异越大，热机的效率越高。
然而，卡诺效率只是理论上的最高效率，实际上，由于热机中存在各种能量损失，实际效率往往低于卡诺效率。
为了更准确地计算实际热机的效率，我们需要引入一个新的参数，即热机的热损失。
热损失是指热机在工作过程中由于摩擦、传热等原因而损失的热量。
热机的实际效率可以通过以下公式计算：η' = 1 - (Qc + Ql) / Qh其中，η'表示实际效率，Qc表示冷热源吸收的热量，Ql表示热机损失的热量，Qh表示热热源提供的热量。
通过这个公式，我们可以看到实际效率是卡诺效率减去热损失的结果。
热损失越大，实际效率越低。
因此，为了提高热机的效率，我们需要尽量减小热损失。
减小热损失的方法有很多种，其中最常见的是增加热机的绝热性能。
绝热性能好的热机可以减少热量的传递和损失，从而提高效率。
此外，还可以通过改进燃烧方式、提高热机的工作温度等方法来减小热损失。
除了热损失外，热机的效率还受到一些其他因素的影响，比如压缩机的效率、传热效率等。
这些因素也需要考虑在内，才能更准确地计算热机的实际效率。
总之，热力学第二定律是热力学中的一个重要定律，它告诉我们能量转化具有方向性和不可逆性。
有关热机功率、效率示的计算(1)
离
力
耗能
纯电动 汽车
内燃机 汽车
电能 100km 汽油 100km
600N 600N
7
6 107J
7.2X10 J
83.3%
7
6107J 3X10J 20%
(1)通过计算，在表格内填写汽车牵引力做 的有用功级内燃机汽车的效率。
（2）根据题目信息，说出这种电动汽车 节能、环保主要体现在哪几个方面。
Q mq 40kg 4107J / kg 1.6109J
发动机的效率为：
=W
Q
100%
6.4 108J 1.6 109J
40%
3.某型号的载重车在一段平直的高速公路上 行驶10.08Km,所用时间是8min,消耗燃 油 3L.(假设燃油完全燃烧），汽车发动机在这 段时间内的效率为40%。若燃油的密度是
P=Fv=3000NX21m/s=6.3x 104W
4.一小汽车以72km/h的速度在水平路面上 匀速行驶81km,消耗汽油7.5L，若发动机的 输出功率为23kW.求在这段路程中:
(
10 =0.72 3kg
汽油
/
m3,
q 汽油
4.6 107J
/
kg)
(1)现代社会热机的大量使用，排放的废气 会给环境带来污染，人们正在设法减少这 种污染，试举一例：_______________. (2)7.5L汽油完全燃烧放出的热量。 （3）小汽车所受的摩擦力。 （4）小汽车车发动机的效率。
(3v得 tt
f
F
牵=
P v
23000W 20m / s
1150N
（4）汽车所做的功：
W F 牵S 1150N 8.1104m 9.315107J
热力学过程的功率和机械效率的计算
热力学过程的功率和机械效率的计算1. 引言热力学是研究物质系统在恒温或非恒温条件下的状态变化和能量转换的科学。
在热力学中，功率和机械效率是两个重要的概念，它们在工程应用、能源转换和热机设计等方面具有重要意义。
本文将详细介绍热力学过程中功率和机械效率的计算方法。
2. 功率的计算2.1 定义功率是指单位时间内所做的功或能量转换的速率。
在热力学过程中，功率可以表示为热机从高温热源吸收的热量与低温冷源排放的热量之差，除以时间。
功率的单位是瓦特（W）。
2.2 计算公式热力学过程中功率的计算公式为：[ P = ]•( P ) 表示功率，单位为瓦特（W）；•( Q_H ) 表示高温热源向系统传递的热量，单位为焦耳（J）；•( Q_C ) 表示低温冷源从系统吸收的热量，单位为焦耳（J）；•( t ) 表示时间，单位为秒（s）。
2.3 实例分析以一个简单的卡诺循环为例，假设高温热源温度为( T_H )，低温冷源温度为( T_C )，卡诺循环的热效率为( )，则循环的功率可以表示为：[ P = (Q_H - Q_C) ]•( ) 表示卡诺循环的热效率，无单位；•( Q_H ) 表示高温热源向系统传递的热量，单位为焦耳（J）；•( Q_C ) 表示低温冷源从系统吸收的热量，单位为焦耳（J）。
3. 机械效率的计算3.1 定义机械效率是指热力学过程中有用功与输入热量之比。
在热力学过程中，机械效率可以表示为热机输出功与高温热源输入热量之比。
机械效率的单位是百分比（%）。
3.2 计算公式热力学过程中机械效率的计算公式为：[ _{mech} = 100% ]•( _{mech} ) 表示机械效率，单位为百分比（%）；•( W_{out} ) 表示热机输出的功，单位为焦耳（J）；•( Q_H ) 表示高温热源向系统传递的热量，单位为焦耳（J）。
3.3 实例分析以一个简单的热机为例，假设高温热源温度为( T_H )，热机输出的功为( W_{out} )，则热机的机械效率可以表示为：[ _{mech} = 100% ]•( _{mech} ) 表示热机的机械效率，无单位；•( W_{out} ) 表示热机输出的功，单位为焦耳（J）；•( Q_H ) 表示高温热源向系统传递的热量，单位为焦耳（J）。
热与功的关系与热机效率
热与功的关系与热机效率热机效率是衡量热机能源转化效率的重要指标之一，它通过计算热机输出的有效功与热机输入的能量之间的比值来体现。
在理解热机效率之前，我们先来探讨热与功之间的关系。
热和功是物理学中常用的两个概念，它们分别代表不同形式的能量转化。
热是指物体因温度差异而发生的能量传递，而功则是物体由于外界力的作用而完成的力与位移之积。
热和功都是能量的传递方式，它们之间存在着密切的联系。
根据热力学第一定律，能量守恒原理，热和功之间的转化可以通过以下公式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化量，Q代表系统吸收的热量，W代表由系统对外做的功。
这个公式表明，系统内能的变化量等于热量与功的代数和。
在理想状态下，一个热机完全把吸收的热量转化为对外做的功，即输出功等于吸收的热量。
这种情况下的热机效率最高，称为卡诺循环。
根据热力学的推导，卡诺循环的热机效率只与热源温度和冷源温度有关，与具体热机的工作物质无关。
热机效率可以用以下公式来计算：η = (W/Qh) * 100%其中，η代表热机效率，W代表输出的功，Qh代表吸收的热量。
实际情况下，由于各种热机的物理特性和制约条件，热机效率往往无法达到卡诺循环的理论上限。
这是因为存在能量转化过程中的不可逆性和损失，比如热机与外界的热交换不可避免地存在温差，从而导致一部分热量损失。
热机效率的高低，直接关系到能源的利用效益，也对环境产生影响。
因此，提高热机效率一直是工程技术的重要目标。
通过改进热机的设计和工艺，减少能量损失和不可逆性，可以有效提高热机效率。
除了热机效率，还有另一个描述热与功之间关系的参数——热机的热量阻抗。
热量阻抗表示热机吸收的热量与生成的功之间的比值。
热量阻抗可以用以下公式计算：Z = Qh/W其中，Z代表热量阻抗，Qh代表热机吸收的热量，W代表热机生成的功。
热量阻抗与热机效率呈倒数关系，即Z = 1/η。
热量阻抗越大，热机生成的功相对较小，热机效率越低。
热机的效率
公式：η=
W有用 Q放
1、热值：1千克某种燃料完全燃烧放出的热量
2、热值的单位：J/kg ,
3、燃料燃烧放热计算公式：
J/m3
Q=qm
Q=qV
W有用 Q放
烟煤的热值q=2.7×107J/kg 4、热值的物理意义，例：
5、热机的效率公式：
或
Q吸 Q燃放
6、如何提高热机效率和节能
例题1. 完全燃烧15千克热值是3.4×107J/kg 的木炭，能产生多少热量？
太阳能热水器
太阳能转化为内能
摩擦生热
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
机械能转化为内能
用 电 暖 气 取 暖
电能转化为内能
电风扇转动 电能转化为机械能
喇 叭 发 声
电能转化为声能
灯 泡 发 光
电能转化为光能
机械能转化为电能
电动机转动
电能转化为机械能
电池充电
电能转化为化学能
植物进行光合作用
太阳能转化为化学能
太阳能板发电
课前准备：
1、改变物体内能的方法有两种，分别是
热传递 做功 。它们本质上的区 _________ 和________ 转移 ，做功是 别是：热传递是能量的________ 转化 能量的________ 。 内 能转化为_____ 机械 能的机器。 2、热机是把___ 机械 能转化为 3、在汽油机的压缩冲程中_____ ___ 内 内 能转化为_____ 能，做功冲程中____ 机械 能。
方法点拨：
根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发 现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能 量增加;反之，当某种形式的能量增大时，也一定可 以找到另一种形式的能量减少。
热能转化与热机效率
热能转化与热机效率热能转化与热机效率是热力学中重要的概念，涉及到能量转化和能量利用效率方面的内容。
在这篇文章中，我们将探讨热能转化的基本原理，并介绍热机效率的计算方法。
一、热能转化的基本原理热能转化是指将热能转变为其他形式的能量的过程。
根据热力学第一定律，能量守恒原理，热能转化过程中的能量总量不会发生改变。
具体而言，热能可以通过传导、对流和辐射等方式传递，并在物体之间或系统内部转化为其他形式的能量，如机械能、电能或化学能等。
二、热机效率的定义热机效率是指热机输出功的比例，表示了从热能到机械能（或其他形式能量）的转化效果。
一个热机的效率可以通过输出功与输入热量之间的比值来计算。
热机效率 = 输出功 / 输入热量其中，输出功指的是热机能够产生的有效功，输入热量指的是热机吸收的热能。
热机效率的数值一般在0和1之间，数值越高表示热能转化的效果越好。
三、热机效率的计算方法热机效率的计算方法根据热力学第二定律和热力学循环原理来确定。
常见的热力学循环包括卡诺循环、斯特林循环和奥托循环等。
以卡诺循环为例，其热机效率可以通过以下公式计算：热机效率 = 1 - (Tc / Th)其中，Tc表示冷源的温度，Th表示热源的温度。
卡诺循环是一个理想的热力学循环，其效率是所有可能的热力学循环中最高的。
对于实际的热机，其效率往往低于卡诺循环的效率。
这是由于实际热机存在能量损耗、摩擦损失以及热量交换不完全等因素所导致的。
实际热机的效率可以通过测量输出功和输入热量，并进行计算得到。
四、提高热机效率的方法为了提高热机效率，可以采取以下几种方法：1. 提高热源温度：提高热源温度可以增加输入热量，从而提高热机的效率。
2. 降低冷源温度：降低冷源温度可以减少热能的浪费和损失，提高热机的效率。
3. 减少能量损耗：通过改善热机部件的设计和材料选择，减少能量损耗和摩擦损失，提高热机效率。
4. 优化热机循环：对于特定的热机类型，优化热机循环的参数和工况，可以提高热机的效率。
热机的效率和热机的原理
热机的效率和热机的原理热机的效率和热机原理1. 热机效率的定义热机的效率是指热机所做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比。
这个比值反映了热机在能量转换过程中的损失情况，是衡量热机性能的重要指标。
2. 热机效率的计算公式热机效率的计算公式为：= 100%其中，(W_{有用})表示热机所做的有用功，(Q_{放出})表示燃料完全燃烧放出的热量。
3. 热机效率的分类根据燃料燃烧的程度和热机工作过程中能量损失的情况，热机效率可以分为以下几种：(1)理论效率：指燃料在完全燃烧的情况下，热机所做的有用功与燃料所释放的热量之比。
理论效率是热机性能的理想状态，一般用卡诺循环表示。
(2)实际效率：指燃料在实际燃烧过程中，热机所做的有用功与燃料实际释放的热量之比。
实际效率反映了热机在实际工作过程中的性能，一般低于理论效率。
4. 影响热机效率的因素影响热机效率的因素有很多，主要包括以下几点：(1)燃料的燃烧程度：燃料燃烧得越充分，热机效率越高。
(2)热机工作过程中的散热：热机在工作过程中，部分热量会通过散热损失，散热损失越少，热机效率越高。
(3)热机工作过程中的摩擦：热机内部零件间的摩擦会消耗一部分能量，摩擦越小，热机效率越高。
(4)能量转换过程中的损失：热机在工作过程中，能量转换不可能达到100%，总会有一定的损失，这部分损失越小，热机效率越高。
5. 提高热机效率的方法提高热机效率可以从以下几个方面入手：(1)提高燃料的燃烧程度：通过优化燃烧设备和技术，提高燃料的燃烧效率。
(2)减少热机工作过程中的散热：采用优良的材料和热绝缘材料，减少热量的损失。
(3)减小热机内部的摩擦：选用摩擦系数小的材料，定期润滑和维护，减小摩擦损失。
(4)优化热机的结构设计：合理设计热机的结构，减小能量转换过程中的损失。
6. 热机原理简介热机是一种将热能转化为机械能的装置。
其主要原理是基于热力学第一定律和第二定律。
(1)热力学第一定律：能量守恒定律。
物理九年级第十四章第2节热机的效率笔记
物理九年级第十四章第2节热机的效率笔记（实用版）目录1.热机效率的定义和意义2.热机效率的计算公式3.热机效率的影响因素4.提高热机效率的方法正文在物理九年级第十四章第 2 节中，我们学习了热机的效率。
热机效率是指热机从热源吸收的热量中，能够转化为有效功的比例。
热机效率是衡量热机性能的重要指标，对于提高热机的工作效率和节约能源具有重要意义。
热机效率的计算公式为：η = W/Qh，其中W表示热机从热源吸收的热量所转化为的有效功，Qh表示热机从热源吸收的热量。
热机效率的取值范围在0到1之间，数值越大，表示热机的效率越高。
热机效率受到多种因素的影响，主要包括热机的类型、热源的温度、热机的工作条件等。
不同类型的热机，其效率差异可能很大。
例如，蒸汽机的效率通常较低，而内燃机的效率相对较高。
热源的温度也会影响热机效率，温度越高，热机的效率通常越高。
此外，热机的工作条件，如负荷、燃料质量等，也会对热机效率产生影响。
提高热机效率的方法有很多，主要包括以下几点：1.选择合适的热机类型：根据不同的工作需求和热源条件，选择具有较高效率的热机类型。
2.优化热机的结构和设计：通过改进热机的结构和设计，提高热机的工作性能，从而提高效率。
3.改善热源条件：提高热源的温度、压力等条件，以增加热机效率。
4.合理调整热机的工作条件：通过调整热机的负荷、燃料质量等工作条件，使其在最佳状态下工作，提高效率。
5.减少热机的散热和摩擦损失：通过降低热机的散热和摩擦损失，提高热机的效率。
总之，热机效率是衡量热机性能的重要指标，影响热机效率的因素多种多样。
热机的效率计算公式
热机的效率计算公式
热机效率计算公式：
1. 第一种：热效率 = 放出热量/使用热量 × 100%
2. 第二种：热效率 = 放出功/使用功 × 100%
3. 第三种：热效率=有效热功率/机械功率 × 100%
热机的热效率是指设备从一定输入的能量中收获的可用的热能的比率，它实际上能够比较客观地反映出热机的工作状况与效率。
其中包括三种常用的计算公式：
1. 第一种计算公式是指热效率等于放出热量与使用热量之比，也就是放出热量除以使用热量再乘以100%，它可以衡量出热机有效地从输入能量中收获可用热能的程度，但无法衡量出造成热机损耗的具体原因。
2. 第二种计算公式是指热效率等于放出功与使用功之比，也是放出功除以使用功再乘以100%，它反映的是热机发出功率与使用功率之比，可以衡量出热效率有多少，但也无法衡量出造成热机损耗的具体原因。
3. 第三种计算公式是指热效率等于有效热功率除以机械功率再乘以100%，它直接统计出热机放出的有效热功率与使用的机械功率之比，可以更详细地了解和统计出造成热机损耗的深层次原因，但对于使用者来说它并不容易理解并应用。
从上述三种计算公式可以看出，热效率的高低可以从多面来反映热机的工作状况与效率，可以从不同层次来分析和衡量，可以为更精准地诊断和改善热机工作状况提供便利。
热机的工作原理与效率计算分析
热机的工作原理与效率计算分析在我们的日常生活和工业生产中，热机扮演着至关重要的角色。
从汽车的发动机到发电厂的大型机组，热机的应用无处不在。
那么，热机到底是如何工作的？其效率又是如何计算和分析的呢？热机是一种将内能转化为机械能的装置。
它的工作原理基于热力学定律，特别是热力学第一定律和热力学第二定律。
让我们先来了解一下热力学第一定律，也被称为能量守恒定律。
它表明能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，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。
对于热机来说，燃料燃烧所释放的化学能转化为内能，然后一部分内能通过做功转化为机械能，另一部分则以热量的形式散失到环境中。
接下来看看热力学第二定律。
它有多种表述方式，其中一种常见的表述是：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
这意味着热机在工作过程中，必然存在能量的损失，不可能将燃料燃烧产生的内能全部转化为机械能。
热机的工作过程通常包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。
以常见的内燃机为例，在吸气冲程中，活塞向下运动，将燃料和空气的混合物吸入气缸；在压缩冲程中，活塞向上运动，将混合物压缩，使其温度升高；在做功冲程中，火花塞点燃混合物，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，对外做功；在排气冲程中，活塞向上运动，将燃烧后的废气排出气缸。
不同类型的热机，其工作原理和结构可能会有所不同。
除了内燃机，还有蒸汽机、燃气轮机等。
蒸汽机通过燃烧燃料将水加热成蒸汽，利用蒸汽的压力推动活塞或涡轮做功；燃气轮机则是让燃气在涡轮中膨胀做功。
了解了热机的工作原理，接下来我们探讨一下热机的效率计算。
热机的效率是指热机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。
用公式表示为：η ＝ W ／ Q 放，其中η 表示热机效率，W 表示热机做的有用功，Q 放表示燃料完全燃烧放出的热量。
在实际计算中，有用功 W 的计算取决于热机的具体用途。
热机效率的定义和公式
热机效率的定义和公式
热机效率是转变为有用功的热量跟燃料燃烧时放出的热量的比叫做热机的效率,也叫热机的有效效率。
通常用百分数来表示。
热力学定律的发现与提高热机效率的研究有密切关系。
蒸汽机虽然在18世纪就已发明，但它从初创到广泛应用，经历了漫长的年月，1765年和1782年，瓦特两次改进蒸汽机的设计，使蒸汽机的应用得到了很大发展，但是效率仍不高。
如何进一步提高机器的效率就成了当时工程师和科学家共同关心的问题。
η=W/Q×100% 这是热机机械效率的定义式.
W指的是热机使机器做的有用功;
Q指的是燃料完全燃烧所放出的热量.
热机的机械效率是指推动机轴做功所需的热量和热机工作过程中转变为机械功的热量的比，如果用ηm表示，则有ηm=Q3/(Q1-Q2)等。
卡诺热机效率推导公式
卡诺热机效率推导公式卡诺热机是一种理想的热机，它能够以最高的效率将热能转化为功。
它由两个等温过程和两个绝热过程组成，下面是卡诺热机效率的推导公式：假设卡诺热机从高温热源吸收热量Q1，向低温热源释放热量Q2，从而产生功W。
首先，我们可以得出热机的热力学第一定律：Q1-Q2=W。
然后，考虑卡诺热机的效率，其定义为所产生的功W与从高温热源吸收的热量Q1之比，即η=W/Q1。
接下来，我们来推导卡诺热机效率的公式。
首先，考虑等温过程1，热机从高温热源吸收热量Q1，并向工作物质传递了热量δQ1，从而进行了功δW1。
根据热力学第一定律，有：Q1 = δQ1 + δW1由于等温过程1是在高温下进行的，因此热机向工作物质传递的热量δQ1可以表示为：δQ1 = T1dS其中，T1表示等温过程1的温度，dS表示工作物质在等温过程中的熵变。
同样的，我们可以考虑等温过程2，热机向低温热源释放热量Q2，并从工作物质吸收热量δQ2，从而进行了功δW2。
根据热力学第一定律，有：Q2 = δQ2 + δW2由于等温过程2是在低温下进行的，因此热机从工作物质吸收的热量δQ2可以表示为：δQ2 = T2dS其中，T2表示等温过程2的温度，dS表示工作物质在等温过程中的熵变。
接下来考虑绝热过程1-2，这个过程中没有热量传递，因此有：δQ1 + δQ2 = 0由于这是一个绝热过程，因此工作物质的熵不变，即dS = 0。
代入上述公式中，我们可以得到：T1/T2 = -δQ1/δQ2将δQ1和δQ2代入上述公式中，我们可以得到：T1/T2 = -(Q1-W)/(W-Q2)整理上述公式，我们可以得到：W/Q1 = 1 - Q2/Q1 = 1 - T2/T1因此，卡诺热机的效率可以表示为：η= W/Q1 = 1 - T2/T1上述公式表明，卡诺热机的效率只取决于高温热源和低温热源的温度差异，与工作物质的性质无关。
因此，卡诺热机是一种理想的热机，它能够以最高的效率将热能转化为功。
物理热机的效率
物理热机的效率物理热机是将热能转化为机械能的装置，其效率是衡量热机性能的重要指标。
本文将从物理热机的定义、效率的计算公式、影响热机效率的因素以及提高热机效率的方法等方面展开讨论。
一、物理热机的定义物理热机是指通过热能和机械能之间的相互转化实现能量转换的装置。
其基本原理是利用热量流动产生动力，推动发动机内部的活塞或转子等部件进行运动，从而输出机械能。
二、效率的计算公式热机的效率是指输出的机械功与输入的热量之间的比值，通常用η表示。
热机的效率可以通过以下公式进行计算：η = (W/Qh) × 100%其中，η为热机的效率，W为输出的机械功，Qh为输入的热量。
三、影响热机效率的因素1. 温度差：热机的效率与工作温度差密切相关，温度差越大，热机的效率越高。
2. 工作物质：不同的工作物质具有不同的性质，对热机效率产生影响。
例如，内燃机的工作物质为空气和燃料混合物，而蒸汽机的工作物质为水蒸汽。
3. 热机的结构和工作方式：不同的热机具有不同的结构和工作方式，对热机效率产生影响。
例如，汽车发动机采用往复式活塞结构，而涡轮机采用旋转式结构。
4. 热机的损耗：热机在能量转换过程中会产生一定的能量损耗，包括摩擦损耗、传热损耗等。
这些损耗会降低热机的效率。
四、提高热机效率的方法1. 提高温度差：可以通过增加燃烧温度、改进换热设备、提高冷却效果等方式来增加温度差，从而提高热机效率。
2. 优化工作物质：选择合适的工作物质，如选择高温工质或具有较大比热容的工质，可以提高热机效率。
3. 优化热机结构和工作方式：改进热机的结构和工作方式，减少能量损耗，提高热机效率。
例如，采用先进的燃烧技术和材料，提高燃烧效率和传热效率。
4. 减少损耗：通过减少摩擦损耗、改进传热设备等方式，降低热机的损耗，提高热机效率。
总结：物理热机的效率是衡量热机性能的重要指标，它与热能转化为机械能的效率密切相关。
热机的效率可以通过计算公式进行计算，同时受到温度差、工作物质、热机的结构和工作方式以及热机的损耗等因素的影响。
热值、热机的效率和功率的有关计算
低位热值是指燃料中的可燃成分完全燃烧后释放出 的热量，不包括水蒸气冷凝释放的热量。
03
高位热值是指燃料中的可燃成分完全燃烧后释放出 的热量，包括水蒸气冷凝释放的热量。
影响因素
燃料的种类和成分
不同燃料和同种燃料的不同成分，其热值不同。
燃烧条件
燃烧温度、压力、氧气浓度等条件影响燃料的 燃烧效率和热值的释放。
热值和功率之间没有直接的关系，因为功率不仅取决于燃料的热值， 还取决于热机的设计和运行条件。
在相同的热机设计和运行条件下，高热值的燃料可能会产生更高的功 率，但这并不是绝对的。
05
实际应用
在工业生产中的应用
热值计算
在工业生产中，热值是燃料燃烧 释放的能量，通过计算热值可以 确定燃料消耗量，从而优化能源 利用，降低生产成本。
能源评估
在能源利用项目中，通过计算相关参数可以对项目 的能源利用情况和经济效益进行评估，为项目决策 提供依据。
技术改进
通过对相关参数的监测和分析，可以发现能 源利用中的问题和瓶颈，推动相关技术的改 进和创新。
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功率匹配
汽车的动力系统需要与车辆负载和道路条件相匹配，通过计算功率可以合理选择发动机 和传动系统，提高车辆的动力性和经济性。
排放控制
汽车排放的污染物与发动机的工作状态有关，通过监测发动机的热效率和功率等参数， 可以控制排放物的生成和排放量。
在能源利用中的应用
节能减排
通过计算热值、热机效率和功率等参数，可 以优化能源利用，减少能源浪费和污染物排 放，促进节能减排。
02
燃烧室设计不合理、空气与燃料混合比不当、燃烧条件不佳等
都会导致燃料燃烧不充分，从而降低热机效率。
热力学循环与热机效率计算
热力学循环与热机效率计算热力学循环是指在一定的条件下，系统从初始状态经历一系列的热力学过程最后回到初始状态的过程。
其应用在热机中，通过能量转化来产生动力或执行某种工作。
在研究热力学循环时，我们常常关注的一个重要参数就是热机的效率。
热机效率（η）是指热机输出功（W_out）与吸热热量（Q_in）之比，即：η = W_out / Q_in热机效率是衡量热机性能的一个重要指标，它告诉我们燃料能源转化为有用功的比例。
在热力学循环中，不同类型的循环可以有不同的热机效率计算方法。
接下来，我们将分别介绍开式循环和闭式循环的热机效率计算。
一、开式循环的热机效率计算开式循环是指在工作过程中，工质在一个封闭的系统内部与外部有大量的质量交换。
其中最常见的开式循环是蒸汽汽轮机循环。
1. 卡诺循环效率卡诺循环是理想的热力学循环，它包括两个等温过程和两个绝热过程。
在卡诺循环中，热机效率可以通过热源温度（T_H）和冷库温度（T_C）来计算，即：η = 1 - T_C / T_H其中，T_H表示热源温度，T_C表示冷库温度。
2. 热力学循环效率对于实际的蒸汽汽轮机循环来说，我们可以通过设定一个功率调整系数（υ）来计算热机效率。
热力学循环效率（η_cycle）可以根据下述公式计算：η_cycle = η_Carnot × υ其中，η_Carnot为卡诺循环效率。
二、闭式循环的热机效率计算闭式循环是指工质在工作过程中不与外界发生任何质量交换，最常见的闭式循环是往复式内燃机循环。
1. 高斯定理高斯定理是用来计算往复式内燃机循环的热机效率的公式。
根据高斯定理，热机效率可以通过压缩比（r）和绝热指数（γ）来计算，即：η = 1 - 1 / r^(γ-1)其中，γ表示绝热指数。
2. 奥托循环和迪塞尔循环往复式内燃机循环中，最常见的两种循环是奥托循环和迪塞尔循环。
奥托循环适用于汽油发动机，迪塞尔循环适用于柴油发动机。
奥托循环的热机效率计算公式为：η = 1 - 1 / r^(γ-1)迪塞尔循环的热机效率计算公式为：η = 1 - 1 / r^(γ-1) × (r-1) / γ其中，r表示压缩比，γ表示绝热指数。
热机循环的效率公式
热机循环的效率公式
热机循环效率是评估热机性能的重要指标，它可以反映热机最终向外界做功的能力。
下面我们将详细介绍热机循环的效率公式，帮助大家更好地理解。
首先，热机循环的效率公式可以用以下表达式表示：
η = (W/Q_h) × 100%
其中，η表示热机循环的效率；W表示热机最终向外界做的功；Q_h表示热机从高温热源吸收的热量。
这个公式中，分子表示实际向外界做功的比例，而分母表示从高温热源吸收的热量。
为了更加直观地理解热机循环的效率公式，我们可以举个例子。
比如说一个汽车发动机，在行驶过程中需要消耗汽油来发动机内燃烧产生动力，这时热机循环的效率就非常重要。
汽油燃烧后产生的热量能够转化为机械能，使得发动机产生外力向外推进汽车。
但是，不完全燃烧和摩擦等因素会使得产生的热量不能完全被转换为机械能，因此汽车的效率就变低了。
这时候，我们就可以用热机循环的效率公式来计算汽车发动机的效率。
另外，需要注意的是，热机循环效率与热机的工作流程有很大的关系。
比如说，热机循环的效率可以通过调整进、出口温度和压力等参数来提高，这就需要深入研究不同工作流程的优缺点，根据实际情况做出合理的选择。
总的来说，热机循环效率公式是研究热机性能的基础，它可以反映热机最终向外界做功的能力。
在实际应用中，我们可以通过调整各种参数来提高热机的效率，避免能量的浪费和环境的污染。
热机效率计算
Q吸
Q放
1.26 106
J
50
0 0
6.3 105
J
t
Q吸
cm
6.3105 J 4.2 ×103 J/（ kg •℃）
2kg
75℃
t t0 t 30℃ 75℃105℃100℃
t 100℃- 30℃ 70℃
例题5、汽车匀速行驶100km，消油10L。汽油完 全燃烧放出的热量有30%用来驱动汽车做有用功， 所用汽油的热值为4.6×107 J/kg，密度为 0.7×103 kg/m3，求： (1)这些汽油完全燃烧放出的热量； (2)这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力
•
η
=
Q吸 Ｑ放
6.3 ×107J 100% 30.8% 2.04 ×108J
例8、天然气灶烧水，燃烧0.5m3的天然气，使100kg
的 水 从 20℃ 升 高 到 70℃ 。 已 知 水 的 比 热 容 为
c=4 .2×103J/ （ kg•℃ ） ， 天 然 气 的 热 值 为 q=7.0×107J/m3。 求：（1）0.5m3天然气完全燃烧放出的热量Q放；
Q有用 Q放
FS
m燃 q
100 0 0
或者
Q有用 Q放
pt
m燃 q
100 0 0
（1）烧水效率： （2）交通发动机效率：
或
想一想
热机的效率能达到100%吗？为什么？
不能达到100%，因为热机中可用于 做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的 能量的一部分，因为各种热量损失以燃料条 件的限制，这部分能量远远小于总能量，所 以其与燃料完全燃烧所放出的总能量的比值 必然小于1，即热机效率小于100%。
解：（1）：m V 0.7103kg/ m310103m3 7kg
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100%Q Q ⨯有
总
W 100%Q ⨯有
总
100%
Q Q ⨯有
总
热量和热机效率的计算
【学习目标】1.理解热机效率的主要题型及规律， 能正确解决效率问题 2.理清解题思路。
【学习重点】利用规律、公式解决效率问题。
【学习难点】有热机效率参与的力学综合问题。
【考点及考试要求】常以现代家用电器、机车、发电厂等为背景考查效率的计算，主要以综合计算题形式出现。
【学习过程】 一、效率问题
效率问题是初中物理中的一个重点，也是一个难点，主要分为机械效率和热机效率。
许多学生在这类问题的计算中常出现问题，主要是找不到有用能量部分和总能量部分。
本次课主要以热机效率为主。
热机效率常以常见的家用电器（如热水器）、交通工具（如汽车、电动车）、发电厂（垃圾发电厂等）为背景进行考查：问题分析能力、信息提取能力和公式规律应用能力等。
解决效率问题，关键是通过分析题目，找出有用能量和总能量，。
选择正确的公式计算出有用能量和总能量，最后利用公式 η=或η=计算效率。
有用能量：用来对外做有用功的能量
总能量：燃料燃烧时所释放的能量 目前常见的两种题型：（1）热水壶烧水效率问题 （2）汽车发动机效率问题 总体思路：η= （1）热水壶烧水效率问题：Q 有=Cm △t ； （2）汽车发动
机效率问题：W 有=FS 或W 有=Pt ；
总能量：一般为Q 总=mq.
例题讲解
例1（热水器烧水效率问题）
天然气灶烧水，燃烧0.5m 3的天然气，使100kg 的水从20℃升高到70℃。
已知水的比热容为c =4 .2×103J/（kg•℃），天然气的热值为q =7.0×107J/m 3。
求：
（1）0.5m 3天然气完全燃烧放出的热量Q 放；（2）水吸收的热量Q 吸；（3）燃气灶的效率η。
解析：（1）Q 放=Vq=0.5m 3×7.0×107 J/m 3=3.5×107 J
7
7
1.2610 1.7530%
2.41030%
Q m kg kg q ⨯===⨯⨯⨯吸 （2）Q 吸=Cm △t=4.2×103J/（kg•℃）×100kg ×(70℃-20℃)J=2.1×107 J
(3) Q 有=Q 吸 Q 总=Q 放
η=100%Q Q ⨯有总
=100%Q Q ⨯吸放=
7
72.110100%3.510⨯⨯⨯=60% 总结：这类题关键是找出有用的能量为水吸收的热量：Q 有=Cm △t ，总能量为燃料完全燃烧放出的热量：Q 总=mq 或太阳辐射的能量 例2（汽车发动机效率问题）
有一家大型的特种专用汽车生产基地，该厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km ，受到的阻力是3.0×103N ，消耗燃油1.5×10－3m 3（假设燃油完全燃烧）。
若
燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m 3，热值q ＝4×107J/kg ，
求：（1）专用车牵引力所做的功？（2）该专用车的热机效率是多少？ 解析：（1）专用汽车做匀速直线运动，F 牵=f=3.0×103 N ，
则牵引力做的功W=FS=3.0×103N ×5.6×103 m=1.68×107 J （2）消耗的燃油质量为：m=ρV= 0.8×103kg/m 3×1.5×10－3m 3=1.2 kg 则Q 放=mq=1.2kg ×4×107J/kg=4.8×107 J
η=
100%W Q ⨯放
=7
71.6810100%4.810⨯⨯⨯=35% 总结：这类题关键是找出有用的能量大小为牵引力做的功：W=FS 或W=Pt ，
总能量为燃油完全燃烧放出的热量：Q 总=mq. 例3（其他情景问题）
每到夏收季节，农村大量农作物秸秆在田间被随意焚烧，这不仅造成资源浪费、环境污染，而且极易引发火灾等。
为解决这一问题，现已研制出利用秸秆生产的节能环保型燃料——秆浆煤。
若燃烧秆浆煤，使50kg 、20℃的水温度升高到80℃。
（秆浆煤的热值为2.4×107J/kg ） 求：（1）水需要吸收的热量？
（2）如果秆浆煤燃烧释放的热量有30%被水吸收，需要完全燃烧多少千克秆浆煤？
解析：（1）水吸收的热量：Q 吸=Cm △t=4.2×103J/（kg•℃）×50kg ×（80℃
-20℃）J=1.26×107
J
（2）依题意有，Q 吸=Q 放×30%=mq ×30%
则
【针对练习】
B1．用酒精灯给2kg的水加热，当水的温度从20℃升高到100℃时，共耗去酒精40g。
求：（1）水吸收的热量；
（2）酒精完全燃烧放出的热量；
（3）炉子的效率。
（已知酒精的热值q=3．0×107J／kg ）
C2．一辆重为5×104N的汽车，在平直公路上以72km/h的速度行驶时，遇到的阻力为车重的0.02倍，每小时需汽油6kg，汽油的热值为4.6×107J/ kg，求这辆汽车发动机的效率。
C3、设计汽车发动机时，既要考虑能量的利用率，也要考虑发动机的冷却问题。
⑴为了防止发动机过热，汽车的冷却系统常用水的循环来降低发动机的温度，5kg 水在冷却系统中升高了50℃，所吸收的热量是多少？
⑵柴油在某汽车发动机汽缸内燃烧时，如果每分钟释放1.2×107J的能量，发送机输出的功率是8.5×104W，则此汽车发动机的效率是多少？
B4．完全燃烧140 g焦炭(焦炭的热值为3．0×107J／kg)能放出多少热量?若这些
热量的30％被水吸收，则能使30kg 20℃的水温升高到多少?
9.垃圾是城市生活的“副产品”。
据统计，2000年我国城市垃圾总量约1.5亿吨，并且每年以8%的速度在增长。
如何处理这些垃圾已成为人们关注的热点问题。
现在，人们处理生活垃圾的方法通常有两种：一种是集中填埋；另一种是利用垃圾中的可燃物质进行燃烧发电，研究表明：生活垃圾的平均热值为6.27×106J/kg。
利用垃圾作为燃料建立发电厂，每燃烧1吨生活垃圾可以发电8.64×108 J。
安徽省某人大代表提议，在合肥市郊区兴建一座规模为2台1.2×104 kW发电机的垃圾处理发电厂。
问：
（1）1 t垃圾完全燃烧产生的热量是多少焦？新课标第一网
（2）燃烧垃圾发电的效率是多少？
（3）请你从环保、节能、经济等角度简述兴建垃圾发电厂的意义。
解析：本题联系生活，立意新,但知识落点低，可以使学生身在课堂又不囿于课堂，通过对试题的阅读，了解课堂以外社会关注的热点。
在分析本题时，要抓住关键句子和关键词语，提取有用信息，排除干扰因素。
其实本题的主要内容就是：垃圾作为燃料发电；垃圾的平均热值为6.27×106 J/kg；1吨生活垃圾可以发电8.64×108 J；求热量及热效率。
答案：（1）Q放=6.27×106J/kg×103kg=6.27×109 J。
（2）η=W电/Q放=8.64×108J/6.27×109 J=13.8％。
（3）①可以通过回收垃圾使废弃物成为二次能源
②可以减少对土壤、空气、水等环境污染
③可以减少垃圾堆放所侵占的耕地，节约用地
④可以带动垃圾处理产业，发展当地经济
（本题是开放性试题，要求从环保、节能、经济三个方面答题，所答合理均可得分）。