热机

热机是现代社会应用最广泛的设备，是将内能转化为机械能的机器。下图中的实验说明了热机的工作原理：

燃料燃烧时，燃料的化学能转化为内能，再传给试管中的水和水蒸气；塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。

热机的种类很多，主要有：

蒸汽机

内燃机

汽轮机

喷气发动机

在初中阶段，我们主要学习内燃机（燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机），内燃机因燃料的不同，又分为汽油机和柴油机。下面王老师就以四冲程汽油机为例说一下内燃机的基本结构和工作过程。

先看一下汽油机的实际内部结构：

有点复杂，我们把它简化一下：

再看一张王老师将其3D化后的图：

内燃机工作时，燃料在汽缸中燃烧，活塞在汽缸中上下往复运动，连杆和曲轴的作用是将活塞的上下运动转化为人们需要的持续转动，如下图：

活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。四冲程汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。

下面是常见资料中一个工作循环的四个冲程工作示意图：

吸气冲程：

压缩冲程：

做功冲程：

排气冲程：

王老师也把工作过程3D化了，先看一下四冲程汽油机是怎么持续工作的：

然后我们把这四个冲程逐一分析：

1、吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸。

2、压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，燃料混合物被压缩。这个冲程中机械能转化为内能。

3、做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。这个冲程中内能转化为机械能。

4、排气冲程：进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。然后重新进入吸气冲程，持续循环下去。

大家要注意：在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，对外做功一次（只有做功冲程才对外输出动力，其他三个冲程都是辅助冲程）。当内燃机启动时，需要先借助外力完成吸气、压缩冲程，成功完成做功冲程后，靠旋转飞轮的惯性（不用再依靠外力）完成后续的排气、吸气、压缩冲程。