热机实验报告.docx
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热机实验报告
热机实验报告
热机实验
热机实验是研究热机和热泵的效率，这是一个最近几年刚开发出来的较新颖的热学实验，对有关热学知识的掌握和理解，直接影响到本实验的成败。
最好具有热力学三个定律、卡诺循环等知识准备。
预备知识
1、热力学三定律。
2、卡诺循环和卡诺热机。
3、半导体制冷方面的知识。
实验目的
1、了解半导体热电效应原理和应用，测量热泵的实际效率和卡诺效率。
2、在热机模式下确定帕尔帖器件的实际效率，计算帕尔帖的内电阻和热机效率。
3、测量热泵的性能系数。
4、通过测量和计算，比较负载和内阻，选定最佳效率下的最佳负载。
实验原理
热力学第一定律是对能量守恒和转换定律的一种表述方式。
热力学第一定律指出，热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。
热力学第二定律
1、开尔文表述：
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
，卡诺效率
卡诺效率和热效率数据处理表（
）
冷端
热端
负载
实际效率
卡诺效率
加热
档位
TC
（K）
TH
（K）
VH
（V）
IH
（A）
PH
（W）
Vw
（V）
Pw
（W）
（%）
（%）
1
299．15
302．95
3.25
1.01
3.28
0.066
0.0021
0.06%
1.2%
2
299．15
312．65
5.66
1.76
9.96
0.236
0.0278
0.27%
4.3%
3
299．25
322．95
7.11
2.20
15.6
0.403
0.0812
0.52%
7.0%
4
299．55
333．15
8.72
2.69
23.5
0.588
0.1728
0.74%
10%
5
299．55
342．65
11.50
3.59
41.3
0.720
0.2592
0.63%
12%
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
低温端
TC（℃）
高温端
有负载
Vw（V）
无负载
Ｖs（V）
TH（℃）
VH（V）
IH（A）
有负载
26.5
60.0
9.74
3.01
0.588
无负载
26.5
60.0
8.42
2.66
1.491
内阻为
调整效率为
调整效率和卡诺效率之间的百分误差：
偏差＝
实际效率
式中
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）
TH（℃）
TC（℃）
负载两端
K实际
Ｋ最大
Ｋ调正
偏差
VR（V）
IR（A）
PR（W）
60.0
28.0
5.59
1.48
8.27
1.7
9.41
9.1
3.2
效率计算
（1）实际性能系数：
（2）最大性能系数：
（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，
必须从输入帕尔帖器件的功率中扣除。
计算调整性能系数与最大性能系数的百分误差：
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
5、选择最佳负载电阻（4号仪器，2007、9、19）
热机数据和测量结果
R（Ω）
TC/℃
TH/℃
VH
IH
VW
PH
PW
0.5
28.0
50.0
8.21
2.51
0.158
20.61
0.0499
0.24%
1.0
28.0
50.0
8.26
2.52
0.276
20.81
0.0762
0.36%
1.5
28.0
50.0
7.90
2.47
0.358
19.52
0.0850
0.43%
2.0
28.0
50.0
8.16
2.54
0.425
20.71
0.0903
0.43%
2.5
28.0
50.0
8.17
2.53
0.484
20.71
0.0780
0.37%
3.0
28.0
50.0
8.15
2.52
0.542
20.53
0.0979
0.47%
3.5
28.0
50.0
8.15
2.52
0.573
20.53
0.0938
0.45%
4.0
28.0
50.0
7.99
2.45
0.484
19.57
0.0585
0.30%
4.5
28.0
50.0
8.00
2.46
0.626
19.68
0.0871
0.42%
5.0
28.0
50.0
8.15
2.51
0.648
20.52
0.0839
0.41%
5.5
28.0
50.0
8.12
2.47
0.668
20.06
0.0811
0.40%
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。
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