从保护环境角度，为什么改造热机

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炒菜做饭、奔驰的汽车与火车、火力发电、直入苍穹的火箭等都离不开燃料。燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程。从原始人类学会火起，至今，人们使用的能量绝大部分都还是通过燃烧燃料获得.
图 12-25 人类用内能的方法经过了漫长的探索


燃料的热值
常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等）、天然气等，农村还用草木等植物的秸秆做燃料。
经验和研究都告诉我们，不同燃料燃烧释放能量的能力是不同的。
  为了研究燃料释放内能的能力，人们把1 kg 某种燃料完全燃烧放出的能量（热量），叫做这种燃料的热值（heat value）。它的符号是q,单位是J/kg，气体燃料的热值单位通常用J/m3。
质量为m 燃料完全燃烧释放的热量是

例题：计算4kg 柴油完全燃烧释放的热量。
解：从热值表中查得柴油的热值是q=3.3 ×107 J/kg ，m 为4 kg 柴油完全燃烧放出的热量是


常见燃料的热值
名称
热值q/J·kg-1
名称
热值q/J·kg-1

干木柴
1.2×107
酒精
3.0×107

烟煤
2.9×107
柴油
3.3×107

无烟煤
3.4×107
汽油
4.6×107

焦碳
3.0×107
煤油
4.6×107

木炭
3.4×107
原油×
4.4×107

上表所列的是几种常见燃料的热值，试从表中查出干木柴、烟煤、汽油的热值，说它们所表示的意义。
请估算在室温20℃ 烧开100 kg水需要多少干木柴、烟煤和汽油。

热机工作时，并不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功，有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了。图12-27是热机中燃料释放能量的主要走向示意图。
  
由图可见，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。
热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比例称为热机效率。
为合理利用能源，人们一直在努力提高热机效率，其主要的途径是减少热机工作中的各种能量损失。首先要减少燃烧过程中的热量损失，如内燃机要掌握好火花塞点火、或喷油嘴喷油的最佳时间；蒸汽类热机，常将煤研磨成粉状，用风吹入锅炉内燃烧。这些措施都可以使燃料燃烧得更充分一些。其次是要尽量简化机械传动部分，并选用优良的润滑材料减小摩擦，以减少机械损失。
各种热机的效率是不同的，如推动世界上第一次工业革命的蒸汽机，其效率只有6%~15%，汽油机的效率约是20%~30%，柴油机的效率约30%~40%，而飞机上的喷气发动机的效率能达到50%~60%。
想想看：热机的效率能达到100%吗？为什么？

环境保护
热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题。
污染物名称
    浓度限值/mg.m-3

取值时间    一级标准    二级标准    三级标准

总悬浮颗粒

日平均
任何一次
0.15
0.30
0.30
1.00
0.50
1.50

飘尘
日平均
任何一次
0.05
0.15
0.15
0.50
0.25
0.70

二氧化硫

日平均
任何一次
0.05
0.10
0.15
0.50
0.15
0.70

氮氧化物

日平均
任何一次
0.05
0.10
0.10
0.15
0.15
0.30

一氧化碳

日平均
任何一次
4.00
10.00
4.00
10.00
6.00
20.00

光化学氧化剂
一小时平均
0.12
0.16
0.20

数量庞大的汽车行驶时拜谢的废气污染是不可忽视的，在一些国家就曾发生过汽车排放的废气对城市严惩污染的事件。如何在保持工业、交通发展的同时，又能控制废气
与粉尘的污染，提高空气质量，保护我们生存的家园，已引起众多科学工作者和全世界各个国家的关注。
我国是正在发展中的国家，在发展建设的同时，也应注意到环境的保护，前表是我国1982年颁布的《大气环境质量标准》。标准把空气质量分为三级，一级标准适用于国家规定的自然保护区、风景名胜区；二级标准适用于城市规划中的居民区、商业交通混合区、文化区和广大的农村等；三级标准适用于工业区、交通枢纽、交通干线等。



信息窗
洛杉矶光化学烟雾事件
洛杉矶是美国西部太平洋沿岸城市，背山临海，位于盆地中，风景优美，气候温和。
市内交通发达，车辆川流不息。行驶的汽车大量排放含氮氧化合物、一氧化碳、碳氢化合物等废气。在强烈的日光作用下，这些排放物发生化学作用，生成二次污染物。这是一种浅蓝色、有刺激性的烟雾——光化学烟雾。由于地理与气候的原因，形成的烟雾不能消散，造成污染。庄稼等植物大面积受害建筑物被腐蚀，大气能见度降低，车祸增加。
自20世纪50年代来，光化学烟雾在世界上许多大城市都发生过。