熱機實驗報告

2021-09-24 14:29:31 字數 1569 閱讀 8675

熱機實驗是研究熱機和熱幫浦的效率,這是乙個最近幾年剛開發出來的較新穎的熱學實驗,對有關熱學知識的掌握和理解,直接影響到本實驗的成敗。最好具有熱力學三個定律、卡諾迴圈等知識準備。

預備知識

1、熱力學三定律。

2、卡諾迴圈和卡諾熱機。

3、半導體製冷方面的知識。

實驗目的

1、了解半導體熱電效應原理和應用,測量熱幫浦的實際效率和卡諾效率。

2、在熱機模式下確定帕爾帖器件的實際效率,計算帕爾帖的內電阻和熱機效率。

3、測量熱幫浦的效能係數。

4、通過測量和計算,比較負載和內阻,選定最佳效率下的最佳負載。

實驗原理

熱力學第一定律是對能量守恆和轉換定律的一種表述方式。熱力學第一定律指出,熱能可以從乙個物體傳遞給另乙個物體,也可以與機械能或其他能量相互轉換,在傳遞和轉換過程中,能量的總值不變。

熱力學第二定律

1、開爾文表述:不可能從單一熱源吸取熱量,使之完全變為有用功而不引起其它變化。

2、克勞修斯表述:不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化。

或者:①熱不可能自發地、不付代價地從低溫傳到高溫。(不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化,這是按照熱傳導的方向來表述的)

②不可能從單一熱源取熱,把它全部變為功而不產生其他任何影響

熱力學第三定律是對熵的論述,一般當封閉系統達到穩定平衡時,熵應該為最大值,在任何過程中,熵總是增加,但理想氣體如果是等溫可逆過程熵的變化為零,可是理想氣體實際並不存在,所以現實物質中,即使是等溫可逆過程,系統的熵也在增加,不過增加的少。在絕對零度,任何完美晶體的熵為零;稱為熱力學第三定律。

卡諾迴圈(carnot cycle)包括兩個等溫過程和兩個絕熱過程,理想氣體體系在經歷這四個過程後回到原點。在迴圈過程中每一步都是可逆的。

1、熱機原理(卡諾正迴圈)

2、熱幫浦原理(卡諾逆迴圈)

1、 熱傳導

2、 熱機模式下最佳負載的選擇

實驗內容與資料

1、測量熱機效率

實際效率, 卡諾效率

卡諾效率和熱效率資料處理表 ()

2、對熱機效率測量值進行修正

在有負載和無負載下對應引數

內阻為調整效率為

調整效率和卡諾效率之間的百分誤差:

偏差=實際效率

式中最大效率:即卡諾效率

調整效率:除去損失的能量,使得調整後的實際效率接近卡諾效率。

3、測量熱幫浦效能係數和最大效能係數

實際效能係數、最大效能係數、調整效能係數和效能係數偏差(th=60.0℃,r=2ω)

效率計算

(1) 實際效能係數:

(2)最大效能係數:

(3)調整效能係數:部分功率是用在帕爾帖器件內阻上,因此,需調整,必須從輸入帕爾帖器件的功率中扣除。

計算調整效能係數與最大效能係數的百分誤差:

4、在開路模式下計算帕爾貼器件的熱傳導率(實驗條件:th=60.0℃,r=2ω)

開路模式下帕爾帖器件的熱傳導率為

5、選擇最佳負載電阻 (4號儀器,2007、9、19)

熱機資料和測量結果

由以上資料可見,當負載電阻等於帕爾貼器件的內阻時,熱機的效率最高或輸出功率最大。

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