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热机ppt引言热机是指通过热能转化为机械能的装置。
它们在工业、交通、家庭等各个方面都有广泛的应用。
本文将介绍热机的基本概念、工作原理以及常见的热机类型。
一、热机的定义和概念1.1 热机的定义热机是指将热能转化为机械能的装置，它通过热量的传递和工质的循环运动实现能量转换。
1.2 热机的基本组成热机通常由以下几个部分组成：•热源：提供热能的源头。
•工质：热能的传递介质，常见的有水蒸汽、气体等。
•冷源：吸收热能的区域，使工质的温度下降。
•工作部件：使用热能产生机械能的装置，如活塞、涡轮等。
二、热机的工作原理2.1 热能传递在热机中，热能的传递是非常重要的。
它可以通过传导、传导和辐射等方式进行。
2.2 热机的工作循环热机的工作循环是指工质在热机内部完成一系列状态变化的过程。
常见的热机工作循环有卡诺循环、斯特林循环和布雷顿循环等。
2.2.1 卡诺循环卡诺循环是热力学中一种理想的循环过程，在一定温度范围内实现热机最高效率。
它由等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程组成。
2.2.2 斯特林循环斯特林循环是一种通过气体的等温膨胀和等温压缩来完成能量转换的循环过程。
它的工作原理与卡诺循环类似，但是斯特林循环不需要接触高温源，因此更加灵活。
2.2.3 布雷顿循环布雷顿循环是一种常见的蒸汽动力循环，主要用于发电厂中的蒸汽涡轮机。
它通过蒸汽的等压膨胀和等压压缩来实现能量转换。
三、常见的热机类型3.1 内燃机内燃机是一种通过燃烧燃料在内部产生高压气体推动活塞运动，从而实现能量转换的热机。
常见的内燃机有汽油发动机和柴油发动机等。
3.2 蒸汽机蒸汽机是一种通过蒸汽的膨胀和压缩来实现能量转换的热机。
它通过燃烧燃料产生蒸汽，然后将蒸汽推动活塞或涡轮产生机械能。
3.3 热能发电机热能发电机是一种将热能转化为电能的热机装置。
它通过燃烧燃料产生高温高压蒸汽，使蒸汽涡轮机旋转，从而驱动发电机发电。
结论热机作为能量转换的关键装置，在现代社会中扮演着重要的角色。
卡诺循环的原理卡诺循环科技名词定义中文名称：卡诺循环英文名称：Carnot cycle定义：由两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程所组成的理想循环。
百科名片卡诺循环卡诺循环(Carnot cycle) 是由法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提出的，以分析热机的工作过程，卡诺循环包括四个步骤：等温膨胀，绝热膨胀，等温压缩，绝热压缩。
即理想气体从状态1（Ｐ1，Ｖ1，Ｔ1）等温膨胀到状态2（Ｐ2，Ｖ2，Ｔ2），再从状态2绝热膨胀到状态3（Ｐ3，Ｖ3，Ｔ3），此后，从状态3等温压缩到状态4（Ｐ4，Ｖ4，Ｔ4），最后从状态4绝热压缩回到状态1。
这种由两个等温过程和两个绝热过程所构成的循环成为卡诺循环。
简介卡诺循环包括四个步骤：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩等温膨胀，在这个过程中系统从环境中吸收热量；绝热膨胀，在这个过程中系统对环境作功；等温压缩，在这个过程中系统向环境中放出热量；绝热压缩，系统恢复原来状态，在这个过程中系统对环境作负功。
卡诺循环可以想象为是工作与两个恒温热源之间的准静态过程，其高温热源的温度为Ｔ1，低温热源的温度为Ｔ2。
这一概念是1824年N.L.S.卡诺在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的。
卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量，没有散热、漏气、摩擦等损耗。
为使过程是准静态过程，工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程，同样，向低温热源放热应是等温压缩过程。
因限制只与两热源交换热量，脱离热源后只能是绝热过程。
作卡诺循环的热机叫做卡诺热机[1]。
原理卡诺循环的效率通过热力学相关定理我们可以得出，卡诺循环的效率ηc＝1-Ｔ2/Ｔ1，由此可以看出，卡诺循环卡诺循环的效率只与两个热源的热力学温度有关，如果高温热源的温度Ｔ1愈高，低温热源的温度Ｔ2愈低，则卡诺循环的效率愈高。
因为不能获得Ｔ1→∞的高温热源或Ｔ2=0K（-273℃）的低温热源，所以，卡诺循环的效率必定小于1。
《热机》汽油机运转，动力无限在现代社会，汽车、摩托车、发电机等众多设备都离不开汽油机的驱动。
汽油机作为一种常见的热机，以其高效的动力输出和广泛的应用，为我们的生活和生产带来了巨大的便利。
要了解汽油机，首先得知道热机的基本原理。
热机是将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置。
而汽油机就是通过汽油在气缸内的燃烧，产生高温高压的气体，推动活塞做功，从而实现动力输出。
汽油机的结构相对复杂，但主要由几个关键部分组成。
气缸是其中最为重要的部件之一，它就像是一个容器，为汽油的燃烧和气体的膨胀提供了空间。
活塞在气缸内做往复运动，通过连杆与曲轴相连。
当燃烧产生的气体膨胀时，推动活塞向下运动，将直线运动转化为曲轴的旋转运动，从而输出动力。
进气门和排气门则控制着气体的进出。
在进气冲程，进气门打开，混合气（汽油和空气的混合物）被吸入气缸；在排气冲程，排气门打开，燃烧后的废气被排出气缸。
火花塞也是汽油机不可或缺的一部分。
它在适当的时候产生电火花，点燃混合气，引发燃烧过程。
那么，汽油机是如何运转起来的呢？这要从它的四个冲程说起。
首先是吸气冲程，此时活塞向下运动，进气门打开，排气门关闭，混合气被吸入气缸。
接下来是压缩冲程，活塞向上运动，进气门和排气门都关闭，混合气被压缩，温度和压力升高。
到了做功冲程，火花塞点火，混合气迅速燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，这是汽油机输出动力的关键冲程。
最后是排气冲程，活塞再次向上运动，排气门打开，将燃烧后的废气排出气缸。
这四个冲程不断循环，使得汽油机能够持续运转，提供源源不断的动力。
汽油的选择对于汽油机的性能也有着重要的影响。
不同标号的汽油具有不同的抗爆性能。
如果使用了不适合的汽油，可能会导致发动机爆震，影响动力输出和发动机的寿命。
此外，汽油机的冷却系统和润滑系统也至关重要。
冷却系统能够带走燃烧产生的多余热量，防止发动机过热；润滑系统则减少了各个部件之间的摩擦，降低磨损，延长发动机的使用寿命。
热机的工作循环热机的工作循环是指在热机系统中，能量的转化和传递过程。
热机通过吸收热量，将其转化为机械功，并将剩余的热量排放到外界。
在热机的工作循环中，有四个基本过程：吸热过程、绝热膨胀过程、放热过程和绝热压缩过程。
吸热过程是热机工作循环的第一步。
在这个过程中，热机从外界吸收热量，使其内部的温度升高。
这个过程通常发生在热机的加热室中，通过与外界的热源接触，热机吸收了热量。
接下来是绝热膨胀过程。
在这个过程中，热机内部的工质被压缩，同时体积增大。
由于没有热量的交换，这个过程是绝热的。
绝热膨胀过程中，热机内部的能量转化为机械功，推动热机的运转。
第三个过程是放热过程。
在这个过程中，热机将部分能量以热量的形式释放到外界。
这个过程通常发生在热机的冷却室中，通过与外界的冷源接触，热机将热量传递给冷源，使其内部的温度降低。
最后是绝热压缩过程。
在这个过程中，热机内部的工质被压缩，同时体积减小。
与绝热膨胀过程类似，绝热压缩过程也是绝热的，没有热量的交换。
在这个过程中，热机将机械功转化为内部能量。
通过这四个基本过程的循环，热机完成了能量的转化和传递。
这个循环可以用来描述各种热机系统，如内燃机、蒸汽机等。
不同类型的热机可能有不同的工作循环，但基本原理是相同的。
热机的工作循环是热力学的基础，它描述了能量如何在热机系统中转化和传递。
了解热机的工作循环可以帮助我们理解热机的工作原理，优化热机的性能，并提高能源利用效率。
热机工作循环的研究也对于环境保护和可持续发展具有重要意义。
热机的工作循环是热机系统中能量转化和传递的过程。
通过吸热、绝热膨胀、放热和绝热压缩四个基本过程的循环，热机完成了能量的转化和传递。
热机工作循环的研究对于优化热机性能、提高能源利用效率具有重要意义。
热机循环热力发动机（热机）是指各种利用内能做功的机械，其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。
自热机出现以来，人们一直从实验和理论上研究其效率问题。
大量研究工作一方面为提高热机效率指明了的方向，另一方面推动了热学理论的发展。
【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：(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：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 = nC p dT 。
定容过程：dQ = nC v dT 。
其中C p 、C v 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，在这一完整过程种做功为⎰⎰==PdVdW W ，即热力系统P-V 图曲线下面积。
故： 等压过程：W = P∆V = P(12V V -)。
等温过程：12ln 21V V nRT dV V nRTPdV WV V ===⎰⎰。
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intotal Q W =ε，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T L )，使压力由H LP P →。
此等温过程，BAL V V nRT W ln1-=。
B →C ：等压膨胀，在固定压力(P H )下，温度由H LT T →，此过程对外作功为)(2B C H V V P W -=，所加热为)(1L H P T T nC Q -=。
C →D ：等温膨胀，在固定温度(T H )下，压力由H P 降为L P ，此过程作功为D →A ：等压压缩，在固定压力(P L )下，温度由L HT T →，构成一循环过程，其作功为)(4D A L V V P W -=。
其所作总功4321W W W W W+++=)(ln )(lnA D L CD H B C H B A L V V P V VnRT V V P V V nRT --+-+-=加入热量RV V P C T T nC Q Q B C H PL H P in )()(1-=-==1)(11)()(--=--=--=γγγB C H B C H V P B C H P V V P V V P C C V V P C其中VPC C =γ，空气(双原子气体)之40.1=γ故热机效率inQ W =ε1)()(ln )(ln ----+-+-=γγB C H A D L CD H B C H B A L V V P V V P V VnRT V V P V V nRT 。
【实验仪器】热机TD-8572、大支架ME-8735、200g 奥豪斯开槽配重砝码SE-8726、钻孔配重（10g 和20g ）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 、压力传感器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1. 将ScienceWorkshop750接口匣电源打开，再开计算机主机。
2. 将温度、压强及滑轮转动感应器接到正确的插口，如图二所示。
3. 启动计算机桌面上DataStudio 软件，在弹出的对话框中选择第二个选项进入“实验设置”页面，点击SW 图标，分别对孔1、2、A 、B 和C 在选项框中选择正确的输入，具体按照图二接口的标注。
图二 Science Workshop750接口闸和窗口接口模拟图图三 热机装置(二)仪器的安装和使用总的实验过程分为四步，（1）B A →:把200g 重物放置于平台上；（2）C B →:把铝制空气罐子从冷水移动到热水中；（3）D C →:把200g 重物从平台上移开；（4）A D →: 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20℃冷水及80℃热水，约至容器的四分之三。
2. 将活塞调至刻度20ml 左右，再将右边的插孔接上压力感应器。
3. 活塞仪左边的插孔接上铝制罐子，并将其放入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HLT T -=1ε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。
2. 确定A-B,B-C,C-D,D-A 这四个过程属于哪种类型（例如：等温）,确定这些过程中有哪些物理过程（例如：放上重物，放入热水中）。
3. 确定并且标注哪两个过程中气体热能增加。
4. 在B-C 过程中气体等压膨胀，气体从热源吸热，计算此过程中气体热量增加Q H ，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。
cylinder o can Ah h r V )()(2+=π这里A 是活塞的横截面积。
用等压条件下理想气体定律D DA A T V T V =来计算V D 。
b) 用等温条件下理想气体定律计算V C ：P C V C =P D V D 。
c)计算Q C →D 。
在等温条件下，Q = nRT ln(V f /V i )，因为PV = nRT, 所以Q C→D = P D V D ln (V D /V C )，绝对压强P=P 仪表 + P 大气。
d) 计算Q B →C ，在等压条件下，Q = nCp ∆T ，并且因为空气为二原子分子气体，Cp = 5/2 R, nR =PV/T ,)(27D C DDD CB T T T V P Q -=→。
e) 计算Q H = Q B →C + Q C →D 。
5．根据测量到曲线内的面积来计算气体所做的功W 。
6. 计算效率%100x Q We H=。
【注意事项】（1）配重砝码为200g ，禁止超重。
（2）旋转运动传感器、温度传感器和低压传感器均为精密电子仪器，禁止对其碰撞。
（3）铝制空罐子在冷热水中转换时，动作要迅速，以免外界对其影响，引入实验误差。
【思考题】（1）经过热机做功A→B→C→D→A循环后，理论上会回到A点，但实验的结果并没有回到A点，试着讨论其原因并提出改善的方法。
（2）热机在循环过程中，如果其效率e=1，并不违反热力学第一定律，但为什么实际做不到？（3）为什么P-V图的面积等于热机在一次循环过程中将热能转换为机械能的数值？（4）若B-C的循环步骤温度差异愈大，将对整个实验有何影响？试讨论之。
（5）如何提高热机的效率？。
