解读热值和热效率:热值与热效率

热值和热效率是初中热学中两个重要的概念.许多同学学习时将热值误解为热量，不能理解热效率中有效能量与总能量的关系.下面对热值和热效率这两个概念进行详细阐述，以期能对同学们有所帮助.

一、热值

（一）概念理解

1.从我们的生活经验事实可知，做一顿饭所需的热量是一定的，但所需的煤火或燃气的质量大小是不同的.这正好表示质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量是不同的.我们把用1kg的某种燃料完全燃烧所放出的热量叫做这种燃料的热值.

2.从这个定义可知，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同.它反映的是燃料的特性，其大小与燃料质量大小、是否完全燃烧、放出热量的多少无关，但在数值上等于一定质量的燃料完全燃烧放出的热量（Q）与其质量（m）的比值.热值通常用字母q来表示，计算公式是q=Q／m.热值的单位是：焦耳每千克（J／kg）.对于一些气体燃料，有时也用单位体积的某种燃料完全燃烧所放出的热量来表示这种燃料的热值，计算公式是q=Q／V，单位是J／m3.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.

3.在工业中，热值也叫“发热量”，是表示燃料质量（好坏）的重要指标之一.

（二）例题解析

例1　关于燃料的热值，以下说法中正确的是（　）.

A.燃料的热值与燃料的燃烧情况无关

B.容易燃烧的燃料，热值一定大

C.煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多

D.为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料

解析　热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，而与燃料的质量、燃烧与否无关，故B错.燃料燃烧时放出的热量与燃料的热值、燃料的质量、燃烧是否完全有关，选项C中只知道煤的热值较干木柴的大，两者的质量关系、燃烧是否完全并不知道，因此不能确定谁放出的热量多.炉子的效率与燃料燃烧的完全程度和热量散失程度有关，与燃料的热值大小无关，答案选A.

例2　一桶煤油用掉了一半，则剩下的煤油（　）.

A.密度和热值不变，比热容减为原来的一半

B.比热容和密度不变，热值减为原来的一半

C.热值和比热容不变，密度减为原来的一半

D.密度、热值和比热容都不变

解析　物质的密度、热值和比热容都是表现物质基本属性的物理量，因此对于给定的物质来说，这三个物理量的数值都不会发生变化.答案选D.

例3　完全燃烧2kg汽油放出多少热量？要放出6.0×106J的热量，需完全燃烧多少g酒精？（q汽油＝4.6×107J／kg，q酒精＝3.0×107J／kg）

解析　汽油的热值为4.6×107J／kg，表示完全燃烧1kg汽油放出的热量为4.6

×107J，完全燃烧2kg汽油放出的热量Q

=mq=2kg×4.6×107J／kg=9.2×107J.酒精的热值是3.0×107J／kg，表示完全燃烧1kg酒精放出的热量为3.0×107J.放出6.0×106J的热量，需完全燃烧的酒精的质量m=Q／q=6.0

×106J／3.0×107J／kg=0.2kg=200g.

例4　卖火柴的小女孩在严寒中只能靠点燃火柴取暖.一根火柴的质量约为0.065g，火柴的热值平均为1.2×107J／kg，求一根火柴完全燃烧能使1m3的空气温度升高多少摄氏度？〔已知空气的密度为1.3kg／m3，比热容为1×103J／（kg·℃）〕

解析　设火柴完全燃烧释放的热量全部被空气吸收，即Q吸=Q放，cm1Δt=qm2

所以完全燃烧一根火柴能使1m3的空气升高的温度为：

Δt=qm2／cm1=qm2／cρV=1.2×107J／kg

×0.065×10-3kg／［1×103J／（kg·℃）×1.3kg／m3

×1m3］=0.6℃.

小结　本题把燃料燃烧的放热公式、热量的计算公式与密度知识结合起来，具有一定的综合性.应用公式时要注意其适用条件和范围.

例5　对于气体燃料（例如煤气或石油液化气）来说，其热值可以定义为：“1m3某种气体燃料完全燃烧所放出的热量叫做该气体燃料的热值.”某同学根据家庭现有的条件，设计了一个测定管道煤气热值的实验.实验是这样进行的：取一定质量的水（m水／kg）放入锅中，用温度计测得水的初温（t1／℃），读出煤气表的示数（V1／m3）.然后点燃煤气灶具给水加热，当温度计的示数为（t2／℃）时关闭煤气阀门，读出煤气表的示数（V2／m3）.该同学先根据有关数据计算出实验过程中水吸收的热量Q；然后用水吸收的热量Q和煤气表的示数差V（V2-V1，即所用煤气的体积），根据q=Q／V计算出煤气的热值q.你认为这个实验方案是否可行？　　　　　　；理由是：　　　　　　.

解析　本题中水吸收热量通过公式计算得出，但水吸收的热量只是煤气燃烧放出热量的一部分，即存在热量使用率的问题.

答案　不可行.理由是给水加热过程中，煤气不可能完全燃烧，同时放出的热量也不可能全部被水吸收.

二、热效率

（一）概念理解

1.在能量转化或转移的过程中，有效利用的能量和提供的总能量的比值即为热效率，它反映了能量的利用率，是衡量各种炉子或热机能量利用率的重要指标.

2.关于热机的效率

热机中转变为机械功的热量与所消耗的热量的比值.公式η=W有用／Q总.W代表做功，Q代表热量.也可理解为，你得到的与付出的比值就是效率.热机消耗的热量通常是燃料燃烧放出的热量，理论上按Q=mq来计算.通常汽油发动机热效率为30％左右，非直喷柴油发动机通常为35％左右，而TDI发动机的燃油被直接喷射到燃烧室内，其燃烧效率可以达到43％.瓦特对蒸汽机的改良就是一个提高热效率的过程.

凡”效率“都是一个”百分比“,且小于1,有以下几种：

1、机械效率：η＝W有/W总＝Gh/Fs

2、热效率,通常用在锅炉或电热器上：

锅炉热效率：η＝Q吸/Q放＝cm△t/mq,c比热容,m吸热物体质量,△t,温差；分母上的m是燃料质量,q是热值；

电热器效率：η＝cm△t /Pt,P是功率,t是做功时间；

3、热机效率：

η＝W机/Q放,W机是机械能,通常用Fs计算,Q放＝mq.

不明追问.

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