热机循环-讲稿剖析.docVIP

热机循环 热力发动机（热机）是指各种利用内能做功的机械原理是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的机器动力机械的一类，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机、喷气发动机等。热机通常以气体作为工质（传递能量的媒介物质叫工质），利用气体受热膨胀对外做功。 【实验目的】 （1）研究热机将热转换为功的过程和原理 （2）学会计算热机循环的效率 （3）探索提高热机循环效率的方法 【实验原理】 热机是依靠从热源吸收热量，向低温热源释放热量来工作一种的装置。其理论基础为： 理想气体方程式：PV=nRT，将热力系统视为理想气体，再经热力过程变化时，将满足理想气体方程式。 热力学第一定律：热力过程的变化，由能量守恒的推导，可得： dU = dQ - dW。dU为系统内能变化，dQ为加入系统的热能，dW为系统对外界所做的功。 内能函数U为状态函数，故热力系统经一循环过程，末状态等于初状态，其内能相同，故dU = 0。 dQ为热力过程加入系统的热能，其值和变化的过程有关： 绝热过程：dQ = 0。 等压过程：dQ = nCpdT。 定容过程：dQ = nCvdT。 其中Cp、Cv分别为气体的定压比热及定容比热。若系统吸热，dQ为正值；若排热，dQ为负值。 dW为热力系统在热力过程中对外界所做的功，其形式为： dW = PdV，dW为微量变化的功，在这一完整过程种做功为，即热力系统P-V图曲线下面积。故： 等压过程：W = P?V = P()。 等温过程：。 若系统膨胀，W为正值；若系统压缩，W为负值。 热力学第二定律：热机在一热力循环过程中，要将能量全部转换为功，这是不可能的，讨论其能量转换的比例，定义热机的效率，故热机的效率无法达到100%。 本实验利用两个等压过程，两个等温过程构成一个循环 (如图一) 。 图一 其热机循环的过程为： A→B：等温压缩，在固定温度下(室温TL)，使压力由。此等温过 程，。 B→C：等压膨胀，在固定压力(PH)下，温度由，此过程对外作功 为，所加热为。 C→D：等温膨胀，在固定温度(TH)下，压力由降为，此过程作功为 D→A：等压压缩，在固定压力(PL)下，温度由，构成一循环过程， 其作功为。 其所作总功 加入热量 其中，空气(双原子气体)之 故热机效率 。 【实验仪器】 热机TD-8572、大支架ME-8735、200g奥豪斯开槽SE-8726、钻孔648-06508、塑料容器740-183、拉线699-011、旋转运动传感器CI-6538温度传感器CI-6505B传感器CI-6534A 【实验内容及步骤】 在本实验中，热机由一种中空的圆筒构成。当铝制空罐子侵入热水时，罐子中的空气开始膨胀，膨胀的空气推动活塞，活塞向上举起重物以此做功。当然，热机循环实验也可以将罐子侵入冷水中，以此来实现气压和圆筒中空气的体积回到实验开始的状态。 (一)计算机的安装 将SWorkshop750接口匣电源打开，再开计算机主机。 将温度、压及滑轮转动感应器如图二所示 启动DataStudio软件， (二)仪器的安装和使用 总的实验过程分为四步，（1）:把200g重物放置于平台上；（2）:把铝制空气罐子从冷水移动到热水中；（3）:把200g重物从平台上移开；（4）: 把罐子从热水移动到冷水中。下面详细介绍整个实验过程。 1. 各准备大约2℃冷水及℃热水，约至容器的四分之三。 20℃的冷水中，此时温度感应器也一并放在冷水中，同时按下电脑上的“启动”键，迅速把200g砝码放在活塞仪上。(两人协作，这三个动作同时进行。) 4. 等到活塞不再移动后，迅速将铝制空气室移至80℃的热水中。 5. 待活塞停止上升后，移走其上所有的砝码。 6. 再次等待活塞停止上升，再迅速将铝制空气室移至20℃的冷水中。 7. 直到活塞不再下降，按下电脑上的“停止”键，实验结束，至左下角“显示”窗口中读取所得的数据。“显示”中选择“图表”，选择“压力通道”，出现压力（纵轴）和时间（横轴）的关系图，左键点击横轴的时间，选择体积“V=pi*r*r*x*100”,这时出现P-V图。 8. 绘出的P-V图，显示出整个循环过程。计算循环路径所包围的面积(即热机循环对外所作的功)，并和理论值比较。 9.计算出本热机的效率，并与理想热机效率比较。 【数据处理】 1. 将循环图表打印出来。在图表的四个角上面标明A,B,C和D。确定A,B,C,D点的温度。在图表上标注箭头以此显示出循环过程的方向。QH，然后计算以下参数： a) 我们不知道初始体积V，但我们可以根据测量罐子的体积和圆筒里面初始空气的体积从而计算出V，当然塑料管中的体积是被忽略的。 这里A是