Question

S195型柴油機的部分技術規格如表所示：

汽缸數	汽缸直徑	額定功率	轉速	燃油消耗率	冷卻方式
1	95mm	8.8kW	2000R/min	0.27kg/（kW?h）	蒸發水冷

其中，“額定功率”是指柴油機正常工作時對外所做機械功的功率；“燃油消耗率”是指柴油機正常工作時，每輸出1kW?h的能量柴油機所消耗柴油的千克數．已知柴油的熱值為3.3×10⁷J/kg，水的比熱容為4.2×10³J/（kg?℃）．
（1）若柴油機的水箱中貯有10kg冷卻水，當水的溫度由20℃上升到40℃時，這些水所吸收的熱量是多少焦？
（2）已知柴油機的效率η=100%（式中W為柴油機在某段時間內對外所做的功，Q為它在這段時間內所消耗的柴油完全燃燒所產生的熱量），則該柴油機正常工作時的效率約為多少？
（3）柴油機工作時，柴油燃燒所產生的內能，部分用于推動活塞做功，還有相當一部分熱能損失，你知道有哪些形式的損耗嗎？

Answer 1

解：
（1）水的質量m_水=10kg，c_水=4.2×10³J/（kg?℃），t₀=20℃，t=40℃
則水所吸收的熱量為：
Q_吸=c_水m_水（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×10kg×（40℃-20℃）=8.4×10⁵J．
（2）燃油消耗率為0.27kg/kW?h，說明W=1kW?h=1×10³W×3600s=3.6×10⁶J的時候，消耗柴油為m_油=0.27kg，則：
Q_放=m_油q_油=0.27kg×3.3×10⁷J/kg=8.91×10⁶J
故該柴油機正常工作時的效率為：
η=100%=≈40.4%．
（3）柴油機工作時，柴油燃燒所產生的內能，部分用于推動活塞做功，還有相當一部分熱能損失，比如：散熱損耗、機械損耗、廢氣損耗等．
答：（1）水所吸收的熱量是8.4×10⁵J．
（2）該柴油機正常工作時的效率約為40.4%．
（3）能量損耗形式有：散熱損耗、機械損耗、廢氣損耗等．
分析：（1）求水吸收的熱量，根據已知條件，可以直接用公式Q_吸=c_水m_水（t-t₀）求．
（2）要求該柴油機正常工作時的效率，可從燃油消耗率切入，假設輸出1kW?h的能量，則消耗可計算對應的消耗的柴油完全燃燒放出的熱量，從而代入η=100%進行求解．
（3）熱損失的舉例，關鍵是根據所學過的物理知識，結合實際情景去分析、思考．
點評：本題涉及到了熱量的計算以及熱機的效率，不論什么樣的計算，基本公式的應用是基礎，一定要熟練運用，同時，要特別注意第（2）題以假設為切入點的思考方法，這對同學們以后的學習和解題會有很大的用處．