例3 (泰安中考)某地利用地热资源建立温泉浴池。某温泉池注入了$6×10^3\ \mathrm{kg}$的水，初始水温为$42\ °\mathrm{C}$，一段时间后水温降至$30\ °\mathrm{C}$，放出的热量为$Q$，$c_{\mathrm{水}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·}°\mathrm{C)}$，$q_{\mathrm{天然气}}=3.2×10^7\ \mathrm{J/m}^3$。求：
(1)这些温泉水放出的热量$Q$的大小。
(2)完全燃烧多少立方米的天然气放出的热量与$Q$的大小相等。

解 (1)水放出的热量
$Q = c_{\mathrm{水}} m \Delta t = 4.2 × 10^3 \ \mathrm{J/(kg · ℃)} × 6 × 10^3 \ \mathrm{kg}×(42 \ ℃-30 \ ℃)=3.024×10^8 \ \mathrm{J}$。
(2)若天然气完全燃烧放出热量 Q,则需要天然气的体积
$V=\frac{Q}{q_{\mathrm{天然气}}}=\frac{3.024×10^8 \ \mathrm{J}}{3.2×10^7 \ \mathrm{J/m}^3}=9.45 \ \mathrm{m}^3$。
答:(1)这些温泉水放出的热量 Q 的大小为$3.024×10^8 \ \mathrm{J}$。
(2)完全燃烧$9.45 \ \mathrm{m}^3$的天然气放出的热量与 Q 的大小相等。

学习任务二 热机的效率
| 情境探究|
用煤烧水时能量的利用情况如图甲所示。热机工作时燃料化学能的转化情况如图乙所示。

甲

乙
据图分析:燃料燃烧时放出的热量与按热值计算的热量有什么关系? 有效利用的热量与放出的热量有什么关系? 对于热机而言,燃料完全燃烧释放的热量与用来做有用功的能量有什么关系?

解：
1. 由于燃料很难完全燃烧，燃料实际燃烧时放出的热量，小于按热值计算的燃料完全燃烧所能释放的总热量。
2. 燃料燃烧放出的热量中，有相当一部分被高温烟气带走，还有部分热量直接向周围环境散失，因此有效利用的热量小于燃料燃烧实际放出的热量。
3. 对于热机而言，燃料完全燃烧释放的热量中，一部分转化为无用机械能，还有一部分以内能的形式损失，只有部分能量转化为对外的有用机械能，因此用来做有用功的能量小于燃料完全燃烧释放的总热量。
答：燃料实际燃烧放出的热量小于按热值计算的热量；有效利用的热量小于燃料燃烧实际放出的热量；热机中用来做有用功的能量小于燃料完全燃烧释放的总热量。

探究归纳
1.热效率：$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{总}}}$。
2.热机的效率
(1)定义：对于热机而言，用来做有用功的能量，与燃料完全燃烧放出的热量，叫作热机的效率。热机的效率是热机性能的重要指标。
(2)公式：$\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{总}}}$，其中$W_{\mathrm{有用}}$表示热机对外做的有用功，$Q_{\mathrm{总}}$表示。
3.提高热机效率的方法
(1)使燃料充分燃烧。
(2)保证良好的润滑，减少因克服摩擦而消耗的能量。
(3)在设计和制造热机的过程中，应持续进行技术改进和创新，以减少各种能量损失，进而提升效率。

2.(1)之比 (2)燃料完全燃烧放出的热量