四川大學(xué)空氣熱機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 綜合設(shè)計(jì)與創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)空氣熱機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué) 院: XX學(xué)院學(xué)生: XX 學(xué) 號(hào): XX二零XX年X月X日空氣熱機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告摘要：空氣熱機(jī)是利用空氣不同溫度的空氣導(dǎo)致不同氣壓的原理，使空氣產(chǎn)生流動(dòng)從而將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器。本實(shí)驗(yàn)測(cè)量了不同的冷熱端溫度時(shí)的熱功轉(zhuǎn)換值與熱機(jī)輸出功率隨負(fù)載與轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系，驗(yàn)證了卡諾定理，探討出熱機(jī)效率的影響因素。關(guān)鍵詞：空氣熱機(jī) 卡諾定理 熱工轉(zhuǎn)換 輸出功率1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.1 實(shí)驗(yàn)原理空氣熱機(jī)主機(jī)由高溫區(qū)，低溫區(qū)，工作活塞與氣缸，位移活塞與氣缸，飛輪，連桿，熱源等部分組成。工作活塞使氣缸氣體封閉，并在氣體的推動(dòng)下向外做功。當(dāng)工作活塞處于最低端時(shí)，位移活塞迅速左移

2、，使氣缸氣體向高溫區(qū)流動(dòng)；進(jìn)入高溫區(qū)的氣體溫度升高，使氣缸壓強(qiáng)增大并推動(dòng)工作活塞向上運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中熱能轉(zhuǎn)換為飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能；工作活塞處于最頂端時(shí)，位移活塞迅速右移，使氣缸氣體向低溫區(qū)流動(dòng)，進(jìn)入低溫區(qū)的氣體溫度降低，使氣缸壓強(qiáng)減小，同時(shí)工作活塞在飛輪慣性力的作用下向下移動(dòng)，完成循環(huán)。卡諾根據(jù)對(duì)熱機(jī)效率的研究而得出了卡諾定理。對(duì)于循環(huán)過(guò)程可逆的理想熱機(jī)，熱機(jī)轉(zhuǎn)換效率：=A/Q1=(Q1-Q2)/Q1=(T1-T2)T1=T/T1實(shí)際的熱機(jī)都不可能是理想熱機(jī)，由力學(xué)第2定律可以證明，循環(huán)過(guò)程不可逆的實(shí)際熱機(jī)，其效率不可能高于理想熱機(jī)，此時(shí)熱機(jī)效率：T/T1卡諾定理指出了提高熱機(jī)效率的途徑，就過(guò)程

3、而言，應(yīng)當(dāng)使實(shí)際的不可逆機(jī)盡量接近可逆機(jī)。就溫度而言，應(yīng)盡量的提高冷熱源的溫度差。當(dāng)熱機(jī)帶負(fù)載時(shí)，熱機(jī)向負(fù)載輸出的功率可由力矩計(jì)測(cè)量而得，且熱機(jī)實(shí)際輸出功率的大小隨負(fù)載的變化而變化。1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1）空氣熱機(jī)實(shí)驗(yàn)儀（電加熱型熱機(jī)實(shí)驗(yàn)儀）2）電加熱器電源3）雙跟蹤示波器1.3 實(shí)驗(yàn)方法1)測(cè)量不同冷熱溫度時(shí)的熱功轉(zhuǎn)換值根據(jù)說(shuō)明將各部分儀器連接起來(lái)，取下力矩計(jì)。打開(kāi)電源，取下力矩計(jì)，將加熱電壓加到第11檔（36伏左右），等待約6-10分鐘，待加熱電阻絲已發(fā)紅后，用手順時(shí)針撥動(dòng)飛輪，使熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)（熱機(jī)測(cè)試儀顯示的溫差T在100度以上時(shí)易于啟動(dòng)）。減小加熱電壓至第一檔（24伏左右），調(diào)節(jié)示波器，觀

4、察壓力和容積信號(hào)，以與壓力和容積信號(hào)之間的相位關(guān)系等，并把P-V圖調(diào)節(jié)到最適合觀察的位置。等待約10分鐘，溫度和轉(zhuǎn)速平衡后，記錄當(dāng)前加熱電壓，并從熱機(jī)測(cè)試儀上讀取溫度和轉(zhuǎn)速，從示波器顯示的P-V圖估算P-V圖面積，記下數(shù)據(jù)。示波器P-V圖面積估算方法如下。根據(jù)說(shuō)明，用Q9線將儀器上的示波器輸出信號(hào)和雙跟蹤示波器的X、Y通道相連。將X通道的調(diào)幅旋鈕旋到“0.1V”檔，將Y通道的調(diào)幅旋鈕旋到“0.2V”檔，然后將兩個(gè)通道打到交流檔位。觀測(cè)已調(diào)整到理想位置的P-V圖，估算每個(gè)小格的面積。示波器上橫縱坐標(biāo)單位分別為100mV、200mV，計(jì)算出一小格為0.02V2，又可知1V2=0.288J，所以每小

5、格代表輸出能量為0.00576J。根據(jù)小格數(shù)量算出A。實(shí)驗(yàn)中第一次加熱，即加熱電壓為23.8伏時(shí)，從示波器上顯示的P-V曲線圖如圖1：圖1逐步增加加熱功率等待約10分鐘，溫度與轉(zhuǎn)速平衡后，重復(fù)以上測(cè)量4次以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記入表1中：加熱電壓V熱端溫度T1溫度差TT/T1A（P-V圖面積）熱機(jī)轉(zhuǎn)速nnA/T23.8429.5122.30.2840.025636.20.001325.6433.0125.10.2900.025757.00.001427.6447.6138.10.3090.026858.30.001628.6458.6147.10.3210,027329.40.001729.6472.

6、3157.80.3340.0277910.60.0019表1 測(cè)量不同冷熱端溫度時(shí)的熱功轉(zhuǎn)換值以T/T1為橫坐標(biāo)，nA/T為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作nA/T與T/T1的關(guān)系圖，附圖2圖2 不同冷熱溫度時(shí)的熱功轉(zhuǎn)換關(guān)系圖2）測(cè)量熱機(jī)輸出功率隨負(fù)載與轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系在最大加熱功率下，用手輕觸飛輪讓熱機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，然后將力矩計(jì)裝在飛輪軸上，撥動(dòng)飛輪，讓熱機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)力矩計(jì)的摩擦力（不要停機(jī)），待輸出力矩，轉(zhuǎn)速，溫度穩(wěn)定后，讀取并記錄各項(xiàng)參數(shù)于表2中。保持輸入功率不變，逐步增大輸出力矩，重復(fù)以上測(cè)量5次以上。完成表2，數(shù)據(jù)處理結(jié)果如下：輸出功率：Pi=VI=35.25.3187W熱端溫度T1溫度差T輸出力

7、矩M熱機(jī)轉(zhuǎn)速n輸出功率Po=2nM輸出效率0/i=Po/Pi512.8197.90.00112.40.0780.04%519.4203.10.00311.10.2090.11%525.4208.30.00519.50.3040.16%538.6219.30.00858.10.4320.23%547.1227.60.0106.80.4270.23%552.1233.50.0125.20.3920.21%表2 測(cè)量熱機(jī)輸出功率隨負(fù)載與轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系以n為橫坐標(biāo)，Po為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作Po與n的關(guān)系圖（圖3），表示同一輸出功率下，輸出偶合不同時(shí)輸出功率或效率隨偶合的變化關(guān)系。圖3 熱機(jī)輸出功率隨

8、負(fù)載與轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1）從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，在外加負(fù)載不變的情況下，隨加熱功率增大，nA/T與T/T1具有線性關(guān)系，驗(yàn)證了卡諾定理。2）在同一加熱功率下，歲摩擦力矩加大，轉(zhuǎn)速降低，熱端溫度升高，溫度差增加。輸出效率先是隨摩擦力矩的加大而增大，有一個(gè)最佳配點(diǎn)，過(guò)了該點(diǎn)后，由于轉(zhuǎn)速下降較多，導(dǎo)致輸出效率下降。參考文獻(xiàn)：1馬世紅,童培雄,在忠,等.文科物理實(shí)驗(yàn)M.高等教育,20082黃建群,胡險(xiǎn)峰,雍志華,等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M.大學(xué),20053吳百詩(shī).大學(xué)物理M.交通大學(xué),2009Air heat engineCollege: xxName: xxStudent ID: x

9、xAbstract:The air heat engine is a kind of machine using the principle that different air temperature leads to different pressure to make the air flow,in which way the heat energy can be transformed to the mechanical energy.Through this experiment,the heat power conversion value and the relationship

10、 between the power of heat engine output and load & the change of rotating speed can be measured.The Cano theorem was verified; also the influence factors of the heat engine efficiency were discovered.Key words: Air heat engine,Cano theorem, Thermal conversion, Output power1. 若不給自己設(shè)限，則人生中就沒(méi)有限制你發(fā)揮的藩籬。2. 若不是心寬似海，哪有人生風(fēng)平浪靜。在紛雜的塵世里，為自己留下一片純靜的心靈空間，不管是潮起潮落，也不管是陰晴圓缺，你都可以免去浮躁，義無(wú)反顧，勇往直前，輕松自如地走好人生路上的每一步3. 花一些時(shí)間，總會(huì)看清一些事。用一些事情，總會(huì)看清一些人。有時(shí)候覺(jué)得自己像個(gè)神經(jīng)病。既糾結(jié)了自己，又打擾