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不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不引起其它变化。
2、克劳修斯表述：
不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。
或者：
①热不可能自发地、不付代价地从低温传到高温。
（不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化,这是按照热传导的方向来表述的）
②不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响
热力学第三定律是对熵的论述，一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何过程中，熵总是增加，但理想气体如果是等温可逆过程熵的变化为零，可是理想气体实际并不存在，所以现实物质中，即使是等温可逆过程，系统的熵也在增加，不过增加的少。
在绝对零度，任何完美晶体的熵为零；
称为热力学第三定律。
卡诺循环（CarnotCycle）包括两个等温过程和两个绝热过程，理想气体体系在经历这四个过程后回到原点。
在循环过程中每一步都是可逆的。
1、热机原理（卡诺正循环
）
2、热泵原理（卡诺逆循环）
1、热传导
2、热机模式下最佳负载的选择
实验内容与数据
1、测量热机效率
实际效率?
?
T?
TCPw
，卡诺效率?
HPHTH
卡诺效率和热效率数据处理表（R?
2?
2、对热机效率测量值进行修正
在有负载和无负载下对应参数
内阻为
r?
Vs?
Vw1.491?
0.588R?
3.07?
Vw0.588
调整效率为
2
PWPW?
Iwr0.5882/2?
（0.588/2）2?
3.04
调整＝?
6.4%
PH?
P
H开路PH9.74?
3.01?
8.42?
2.66
调整效率和卡诺效率之间的百分误差：
max?
调整10?
6.4
偏差＝?
100%?
36%
max10
Pw
PH
Vw2
PH?
VH?
IH式中Pw?
R
最大效率：
即卡诺效率
调整效率：
除去损失的能量，使得调整后的实际效率接近卡诺效率。
3、测量热泵性能系数和最大性能系数
实际性能系数、最大性能系数、调整性能系数和性能系数偏差（TH=60.0℃,R=2Ω）
效率计算
（1）实际性能系数：
K实际＝
PCPH开路－PR8.42?
2.66?
8.27
1.7PRPR8.27
（2）最大性能系数：
K最大＝
TC
TH?
（3）调整性能系数：
部分功率是用在帕尔帖器件内阻上，因此，需调整，Ir必须从输入帕尔帖器件的功率中扣除。
K调整＝
PH开路－PRPR?
Ir2r
22.37?
9.102
8.27?
1.48?
3.07
计算调整性能系数与最大性能系数的百分误差：
相对误差?
K最大－Ｋ调整
Ｋ最大
9.41?
9.10
3.2%
9.41
4、在开路模式下计算帕尔贴器件的热传导率（实验条件：
TH=60.0℃,R=2Ω
）开路模式下帕尔帖器件的热传导率为
PH开路（）8.42?
0.00524
K?
0.0035?
T60.0?
26.5
5、选择最佳负载电阻（4号仪器，201X、9、19）
热机数据和测量结果
由以上数据可见，当负载电阻等于帕尔贴器件的内阻时，热机的效率最高或输出功率最大。
篇二：
热机试验
热机是将热能转换为机械能的机器。
历史上对热机循环过程及热机效率的研
究，曾为热力学第二定律奠基了基础。
斯特林1816年发明的空气热机，以空气作为工作介质，是最古老的热机之一。
【实验目的】
1．理解热机原理及循环过程
2．测量不同冷热端温度时的热功转换值，验证卡诺定理
3．测量热机输出功率随负载及转速的变化关系，计算热机实际效率【实验仪器】
空气热机实验仪，空气热机测试仪，电加热器及电源，计算机【实验原理】
热机主机由高温区，低温区，工作活塞及汽缸，位移活塞及汽缸，飞轮，连杆，热源等部分组成。
热机中部为飞轮与连杆机构，工作活塞与位移活塞通过连杆与飞轮连接。
飞轮的下方为工作活塞与工作汽缸，飞轮的右方为位移活塞与位移汽缸，工作汽缸与位移汽缸之间用通气管连接。
位移汽缸的右边是高温区，可用电热方式或酒精灯加热，位移汽缸左边有散热片，构成低温区。
工作活塞使汽缸内气体封闭，并在气体的推动下对外做功。
位移活塞是非封闭的占位活塞，其作用是在循环过程中使气体在高温区与低温区间不断交换，气体可通过位移活塞与位移汽缸间的间隙流动。
工作活塞与位移活塞的运动是不同步的，当某一活塞处于位置极值时，它本身的速度最小，而另一个活塞的速度最大。
图1空气热机工作原理
当工作活塞处于最底端时，位移活塞迅速左移，使汽缸内气体向高温区流动，如图1a所示；
进入高温区的气体温度升高，使汽缸内压强增大并推动工作活塞向上运动，如图1b所示，在此过程中热能转换为飞轮转动的机械能；
工作活塞在最顶端时，位移活塞迅速右移，使汽缸内气体向低温区流动，如图1c所示；
进入低温区的气体温度降低，使汽缸内压强减小，同时工作活塞在飞轮惯性力的作用下向下运动，完成循环，如图1d所示。
在一次循环过程中气体对外所作净功等于P-V图所围的面积。
根据卡诺对热机效率的研究而得出的卡诺定理，对于循环过程可逆的理想热机，热功转换效率：
η=A/Q1=（Q1-Q2）/Q1=（T1-T2）/T1=ΔT/T1
式中A为每一循环中热机做的功，Q1为热机每一循环从热源吸收的热量，Q2为热机每一循环向冷源放出的热量，T1为热源的绝对温度，T2为冷源的绝对温度。
实际的热机都不可能是理想热机，由热力学第2定律可以证明，循环过程不可逆的实际热机，其效率不可能高于理想热机，此时热机效率：
η≦ΔT/T1
卡诺定理指出了提高热机效率的途径，就过程而言，应当使实际的不可逆机尽量接近可逆机。
就温度而言，应尽量的提高冷热源的温度差。
热机每一循环从热源吸收的热量Q1正比于ΔT/n，n为热机转速，η正比于nA/ΔT。
n，A，T1及ΔT均可测量，测量不同冷热端温度时的nA/ΔT，观察它与ΔT/T1的关系，可验证卡诺定理。
当热机带负载时，热机向负载输出的功率可由力矩计测量计算而得，且热机实际输出功率的大小随负载的变化而变化。
在这种情况下，可测量计算出不同负载大小时的热机实际效率。
【仪器介绍】
仪器主要包括空气热机实验仪（实验装置部分）和空气热机测试仪两部分。
Ⅰ.空气热机实验仪
1．电加热型热机实验仪如图2所示
飞轮下部装有双光电门，上边的一个用以定位工作活塞的最低位置，下边一个用以测量飞轮转动角度。
热机测试仪以光电门信号为采样触发信号。
汽缸的体积随工作活塞的位移而变化，而工作活塞的位移与飞轮的位置有对应关系，在飞轮边缘均匀排列45个挡光片，采用光电门信号上下沿均触发方式，飞轮每转4度给出一个触发信号，由光电门信号可确定飞轮位置，进而计算汽缸体积。
压力传感器通过管道在工作汽缸底部与汽缸连通，测量汽缸内的压力。
在高温和低温区都装有温度传感器，测量高低温区的温度。
底座上的三个插座分别输出转速/转角信号、压力信号和高低端温度信号，使用专门的线和实验测试仪相连，传送实时的测量信号。
电加热器上的输入电压接线柱分别使用黄、黑两种线连接到电加热器电源的电压输出正负极上。
热机实验仪采集光电门信号，压力信号和温度信号，经微处理器处理后，在仪器显示窗口显示热机转速和高低温区的温度。
在仪器前面板上提供压力和体积的模拟信号，供连接示波器显示P-V图。
所有信号均可经仪器前面板上的串行接口连接到计算机。
加热器电源为加热电阻提供能量，输出电压从24V~36V连续可调，可以根据实验的实际需要调节加热电压。
力矩计悬挂在飞轮轴上，调节螺钉可调节力矩计与轮轴之间的摩擦力，由力矩计可读出摩擦力矩M，并进而算出摩擦力和热机克服摩擦力所做的功。
经简单推导可得热机输出功率P=2πnM，式中n为热机每秒的转速，即输出功率为单位时间内的角位移与力矩的乘积。
2．电加热器电源
①．加热器电源前面板简介（见图3）
1－电流输出指示灯：
当显示表显示电流输出时，该指示灯亮；
2－电压输出指示灯：
当显示表显示电压输出时，该指示灯亮；
3－电流电压输出显示表：
可以按切换方式显示加热器的电流或电压；
4－电压输出旋钮：
可以根据加热需要调节电源的输出电压，调节范围为“24V~36V”，共分做11档；
5－电压输出“－”接线柱：
加热器的加热电压的负端接口；
6－电压输出“＋”接线柱：
加热器的加热电压的正端接口；
7－电流电压切换按键：
按下显示表显示电流，弹出显示表显示电压；
8－电源开关按键：
打开和关闭仪器。
②．加热器电源后面板简介（见图4）
9－电源输入插座：
输入AC220V电源，配3.15A保险丝；
10－转速限制接口：
当热机转速超过15n/s后，主机会输出信号将电加热器电源输出电压断开，停止加热。
Ⅱ.空气热机测试仪
①．测试仪前面板简介（见图5）
1－T1指示灯：
该灯亮表示当前的显示数值为热源端绝对温度；
2－ΔT指示灯：
该灯亮表示当前显示数值为热源端和冷源端绝对温度差；
3－转速显示：
显示热机的实时转速，单位为“转/每秒（n/s）”；
4－T1/ΔT显示：
可以根据需要显示热源端绝对温度或冷热两端绝对温度差，单位“开尔文（K）”；
5－T2显示：
显示冷源端的绝对温度值，单位“开尔文（K）”；
6－T1/ΔT显示切换按键：
按键通常为弹出状态，表示4中显示的数值为热源端
绝对温度T1，同时T1指示灯亮。
当按键按下后显示为冷热端绝对温度差ΔT，同时ΔT指示灯亮；
7－通信接口：
使用1394线热机通信器相连，再用USB线将通信器和计算机USB
接口相连。
如此可以通过热机软件观测热机运转参数和热机波形（仅适用于微机型）；
8－示波器压力接口：
通过Q9线和示波器Y通道连接，可以观测压力信号波形；
9－示波器体积接口：
通过Q9线和示波器X通道连接，可以观测体积信号波形；
10－压力信号输入口（四芯）：
用四芯连接线和热机相应的接口相连，输入压力信号；
11－T1/T2输入口（五芯）：
用六芯连接线和热机相应的接口相连，输入T1/T2温度信号；
12－转速/转角信号输入口（五芯）：
用五芯连接线和热机相应的接口相连，输入转速/转角信号；
②．测试仪后面板简介（见图6）
13－转速限制接口：
加热源为电加热器时使用的限制热机最高转速的接口；
当热
机转速超过15n/s（会伴随发出间断蜂鸣声）后，热机测试仪会自动将电加热器电源输出断开，停止加热；
14－电源输入插座：
输入AC220V电源，配1.25A保险丝；
15－电源开关：
篇三：
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