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1、精品文档热机循环实验报告推荐word版 12页本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！= 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ = 热机循环实验报告篇一：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

2、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：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

3、导的方向来表述的)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(Carnot Cycle)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

4、实验内容与数据1、测量热机效率实际效率?T?TCPw， 卡诺效率?H PHTH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?2?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%?100%?36%?max10实际效率?PwPHVw2, PH?VH?IH 式中Pw?R最大效率：即卡诺效率调整效率：除去

5、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=2）效率计算（1） 实际性能系数：K实际PCPH开路PR8.42?2.66?8.27?1.7 PRPR8.27（2）最大性能系数：K最大TCTH?TC2（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?8.27?9.10 28.27?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最大调整最大?100%?9.41?9.

6、10?100%?3.2%9.414、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=2） 开路模式下帕尔帖器件的热传导率为PH开路（)8.42?2.66?0.00524?K?0.0035 ?T60.0?26.55、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：热机试验热机实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

7、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。

8、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1 a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1 b 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1 c 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

9、飞轮惯性力的作用下向下运动，完成循环，如图1 d 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： = A/Q1 =（Q1-Q2）/Q1=（T1-T2）/T1 = T/ 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： T/ T1卡诺定理指出了提高热机效率的途径，就过程而

10、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T/n，n为热机转速，正比于nA/T。n，A，T1及T均可测量，测量不同冷热端温度时的nA/T，观察它与T/ 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。.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，

11、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。

12、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24V36V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=2nM，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 加热器电源前面板简介（

13、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“24V36V”，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。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15

14、n/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。. 空气热机测试仪测试仪前面板简介（见图5）1T1指示灯：该灯亮表示当前的显示数值为热源端绝对温度；2T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）”；4T1 /T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）”；5T2显示：显示冷源端的绝对温度值，单位“开尔文（K）”；6T1 /T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T，同时T指示灯亮；7通

15、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； 11T1 / 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；测试仪后面板简介（见图6）13转速限制接口：加

16、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15 n/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：打开和关闭仪器。篇三：热机循环热机循环目的：研究热机 (the heat engine) 的性质，以及其将热转换为功的过程和原理。原理：热机为一连续操作之系统，利用热力系统 (气体系统) 的循环，将吸收的热转换成功的一种机械装置，其理论基础为：(一) 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。(二) 热力学第一定律：

17、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。1. 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。2. 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。3. 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，故一完整过程的功为W?dW?Pd

18、V，亦热力系统P-V图曲线下面积。故：等压过程：W = P?V = P(V2?V1)。 V2等温过程：W?PdV?V2nRTdV?nRTln。 ?VV1V1若系统膨胀，W为正值；若系统压缩，W为负值。(三) 热力学第二定律：热机在一热力循环过程中，要将全部转换成功，W这是不可能的，讨论其能量转换的比例，定义热机的效率?total，Qin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：AB：等温压缩，在固定温度下(室温TL)，使压力由PL?PH。此等温过 V程，W1?nRTLlnA。 VBBC：等压膨胀，在固定压力(PH)下，温

19、度由TL?TH，此过程对外作功为W2?PH(VC?VB)，所加热为Q1?nCP(TH?TL)。CD：等温膨胀，在固定温度(TH)下，压力由PH降为PL，此过程作功为V W31?nRHTlnD VCDA：等压压缩，在固定压力(PL)下，温度由TH?TL，构成一循环过程，其作功为W4?PL(VA?VD)。其所作总功W?W1?W2?W3?W4?nRTLlnVAV?PH(VC?VB)?nRTHlnD?PL(VD?VA) VBVCPH(VC?VB) R加入热量Qin?Q1?nCP(TH?TL)?CP?CPPH(VC?VB)PH(VC?VB)PH(VC?VB)? 1CP?CV?11?其中?CP，空气(双原

20、子气体)之?1.40 CVW Qin?nRTLln?VAV?PH(VC?VB)?nRTHlnD?PL(VD?VA)VBVC PH(VC?VB)?1故热机效率?仪器：热机气体仪器组、温度感应器、压力感应器(绝对)、滑轮转动感应器、SW750界面匣、砝码。实验方法：(一)计算机的安置1. 将SW750接口匣电源打开，再开计算机主机。2. 将温度、压力及滑轮转动感应器如图二所示，分别插入SW750界面匣。3. 启动DataStudioActivity(二)仪器的安装1. 各准备大致约25及100的热水，约至烧杯的四分之三。2. 活塞仪左边的插孔接上铝制空气室，并将其放入25的水中，此时温图二 安装方

21、式度感应器也一并放在水中。3. 将活塞调至刻度50ml左右，再将右边的插孔接上压力感应器。4. 在滑轮转动感应器的大转盘上跨接一个约250g的砝码，如图三所示，将砝码放置在活塞仪上之际，同时按下键。5. 等到活塞不再移动后，迅速将铝制空气室及温度感应器移至100的热水中。6. 待活塞停止上升后，移走其上所有的砝码。7. 再次等待活塞停止上升，再迅速将铝制空气室及温度感应器移至25的冷水中。8. 直到活塞不再下降，按下所得的数据注1。9. 将所得数据绘出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。10. 计算出本热机的效率，并与理想热机效率?

22、1?注1：Display窗口如图四所示，各代表之意义如下：Graph 1：压力对时间关系图。Graph 2：体积对时间关系图。Graph 3：温度对时间关系图。Table 1：压力对时间表格。Table 2：体积对时间表格。Table 3：温度对时间表格。注2：本实验所得之体积数据为整个系统的体积，即活塞仪、铝制空气室与橡胶管 图三 ，实验结束，至TL比较。 TH的体积总合。铝制空气室+橡胶管的体积已经体贴地为同学内建，若同学们不 相信本组的计算，可自行应用波以耳定律验证。问题：1. 经过热机做功ABCDA循环后，理论上会回到A点，但实验的结果并没有没有回到A点，试着讨论其原因并提出改善的方法。2. 测量P、V、T之值，由理想气体方程式决定系统内气体的莫耳数n。3. 请计算本实验中每个阶段的作功量，并试着算出整个循环所做的总功及其循环效率。4. 若BC的循环步骤温度差异愈大，将对整个实验有何影响？试着讨论之。