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(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

实验容与数据

1、测量热机效率

实际效率H P Pw

=

ε ， 卡诺效率H

C H T T T -=η 卡诺效率和热效率数据处理表 (Ω=2R )

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

阻为

Ω=⨯-=-=

07.32588

.0588.0491.1R Vw Vw Vs r 调整效率为

%4.666

.242.801.374.904

.3)2/588.0(2/588.0222

=⨯-⨯⨯+=-+=''开路调整＝H H w W H W P P r I P P P ε

调整效率和卡诺效率之间的百分误差：

偏差＝

%36%10010

4

.610%100max max =⨯-=⨯'-ηεη调整 实际效率H

w

P P =

ε 式中,2

R

V P w w = H H H I V P ⋅=

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（T H =60.0℃,R=2Ω）

效率计算

（1） 实际性能系数：7.127

.827

.866.242.8=-⨯==R R H R C P P P P P K －＝

开路实际 （2）最大性能系数：C

H C

T T T K -＝

最大

（3）调整性能系数：部分功率是用在帕尔帖器件阻上，因此，需调整，r I 2

必须从输入帕尔帖器件的功率中扣除。

10.907

.348.127.827

.837.222

2=⨯--=

-r

I P P P K r R R H －＝

开路调整 计算调整性能系数与最大性能系数的百分误差：

%2.3%10041

.910

.941.9%100=⨯-=

⨯=

最大

调整

最大Ｋ－Ｋ相对误差K

4、在开路模式下计算帕尔贴器件的热传导率（实验条件：T H =60.0℃,R=2Ω） 开路模式下帕尔帖器件的热传导率为

0035.05

.260.6000524

.066.242.8)=-⨯⨯=∆=T A x P K H （开路 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

由以上数据可见，当负载电阻等于帕尔贴器件的阻时，热机的效率最高或输出功率最大。