能量的转化与守恒

我们先理解能量的概念。能量是物体能对其他物体做功的能力，形式多样，包括机械能、内能、光能、电能、化学能与核能。

能量在物体间可以转移与转化。在碰撞或热传递中，能量从一个物体转移到另一个物体。同时，能量也可以从一种形式转换为另一种形式，例如太阳能电池和发电机。

能量守恒定律告诉我们，能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只能从一种形式转化为其他形式，或从一个物体转移到另一个物体。无论在天体物理、原子核物理还是化学、生物学、地理学、天文学中，能量转化的过程都遵循这一定律。

二、热机

热机将燃料的化学能转换为内能，再转换为机械能。内燃机，根据燃料的不同，分为汽油机与柴油机，它们都有吸气、压缩、做功和排气四个冲程。

汽油机与柴油机每个工作循环中曲轴和飞轮转两圈，对外做一次功，共四个冲程。压缩冲程中，对气体做功，气体内能增加，这是机械能转化为内能的过程。做功冲程中，气体对外做功，内能减少，此时内能转化为机械能。

汽油机与柴油机的主要区别在于燃料的不同与工作特性。

燃料的热值是衡量燃料在燃烧时释放热量能力的物理量，它表示1千克燃料完全燃烧时放出的热量。热值的单位是焦耳/千克，有时使用焦耳/立方米。不同燃料的热值不同，而同一燃料的热值是固定的。

在理解热值概念时，需注意以下几点：燃料的燃烧必须完全，以比较不同燃料的燃烧效率；比较时需保持燃料质量相同；热值是针对特定燃料的特性；热值与燃料的质量、体积和释放的热量无关。

燃料燃烧放出热量的计算公式为：一定质量m的燃料完全燃烧，释放的热量为Q=qm，其中q为燃料的热值，单位为焦耳/千克；m为燃料的质量，单位为千克；Q为燃料燃烧释放的热量，单位为焦耳。

若燃料为气体，一定体积V的燃料完全燃烧，释放的热量为Q=qV，其中q为燃料的热值，单位为焦耳/立方米；V为燃料的体积，单位为立方米；Q为燃料燃烧释放的热量，单位为焦耳。

三、热机的效率

热机的效率是指有效利用部分与总能量之比。蒸汽机的效率范围大约在6%至15%，汽油机的效率约为20%至30%，柴油机的效率则在30%至45%之间。

热机效率是评价其性能的重要指标。技术上的改进，减少各种损耗，能提高效率。在热机的各种损失中，废气带走的能量占较大比例，因此，利用废气余热是提高热机效率的关键途径。热电站就是利用发电厂的废气余热来供热，既供电又供热，提高燃料的利用率。

热机效率计算公式为：η=E有/Q×100%，其中E有为做有用功的能量；Q总为燃料完全燃烧释放的能量。

提高热机效率的主要途径包括：改善燃烧环境以提高燃料燃烧效率，减少热散失，减小摩擦损耗，充分利用废气带走的能量。