四川大学创新型物理实验空气热机实验

合集下载

实验53 空气热机实验

实验53 空气热机实验实验
实验目的
1．理解热机原理及热循环过程； 2．测量不同输入功率下热功转换效率，验证卡诺定理； 3．测量热机输出功率随负载的变化关系，计算热机实际效率。
实验仪器
空气热机；热源（可选择电加热或酒精灯加热）；热机实验仪；计算机（或示波器）；力矩计。
热机实验装置图
根据卡诺对热机效率的研究而得出的卡诺定理，热机的热功转换效率：
η∞Leabharlann (T1 −T2 )T1
∆T = T1
T1 : 为热源的绝对温度
T2 : 为冷源的绝对温度
热机冷热源的温度比值越小，热机的热功效率越高。电热功率可以计算，由热能转换的机械功率由P-V图面积与热机每秒转速相乘而得，测量并计算不同冷热端温度时热功转换效率，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，可同时测量计算出不同负载大小时的热功转换效率和热机实际效率。
空气热机工作原理
实验原理
工作活塞使汽缸内气体封闭，并在气体的推动下对外做功。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。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，同时工作活塞在飞轮惯性力的作用下向下运动，完成循环，如图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。

空气热机实验原理介绍

空气热机实验实验原理介原理介原理介绍绍热机是机是将将热能转换为转换为机械能的机器。

机械能的机器。

历历史上史上对热对热对热机循机循机循环过环过环过程及程及程及热热机效率的机效率的研研究，曾究，曾为热为热为热力力学第2定律的定律的确确立起了奠基性的作用。

斯特林1816年发明的空明的空气气热机，以空机，以空气气作为工作介工作介质质，是最古老的，是最古老的热热机之一。

机之一。

虽虽然现在已发展了展了内内燃机，燃燃机，燃气气轮机等新型机等新型热热机，但空机，但空气气热机结构简单简单，便于，便于，便于帮帮助理解助理解热热机原理机原理与与卡诺循环等热力学中的重要重要内内容，是很好的容，是很好的热热学实验实验教教学仪器。

【实验实验目的】目的】1．理解理解热热机原理及机原理及热热循环过环过程程2．测量不同量不同输输入功率（冷入功率（冷热热端温差改差改变变）下）下热热功转换转换效率，效率，效率，验证验证验证卡卡诺定理3．测量热机输出功率出功率随随负载负载的的变化关系，系，计计算热机实际实际效率效率【实验仪实验仪器】器】空气热机，机，热热源（可源（可选择电选择电选择电加加热或酒精或酒精灯灯加热），），热热机实验仪实验仪，，计算机（或示波器），力矩算机（或示波器），力矩计计【实验实验原理】原理】空气热机的机的结结构及工作原理可用及工作原理可用图图1说明。

明。

热热机主机由高机主机由高温区温区温区，低，低，低温区温区温区，工作活塞及汽缸，位移活塞及汽，工作活塞及汽缸，位移活塞及汽缸，缸，飞轮飞轮飞轮，，连杆，杆，热热源等部分源等部分组组成。

热机中部机中部为飞轮为飞轮为飞轮与与连杆机杆机构构，工作活塞，工作活塞与与位移活塞通位移活塞通过连过连过连杆杆与飞轮连飞轮连接。

接。

飞轮飞轮飞轮的下方的下方的下方为为工作活塞工作活塞与与工作汽缸，缸，飞轮飞轮飞轮的右方的右方的右方为为位移活塞位移活塞与与位移汽缸，工作汽缸位移汽缸，工作汽缸与与位移汽缸之位移汽缸之间间用通用通气气管连接。

四川大学创新型物理实验红外传输实验

红外传输实验1143092146 付美梅(轻纺与食品学院轻化工程)摘要：本实验利用红外传输实验仪完成直流信号及数字信号调频发射和接收过程、测量红外发射管光强特性曲线及接收管电流特性曲线，以及信号的调频、调幅传输实验。

关键词：红外线；红外线传输；红外线发射和接收；红外线信号传输；热效应；红外辐射；制革红外线[3]是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。

红外线传输是使用红外线波段的电磁波来进行较近距离的传输。

本实验是学习红外传输技术物理基础的实验。

1 实验原理[1]⑴红外线发射和接收器件结构原理在一部分为P型半导体，另一部分为N型半导体的一块砷化镓半导体中。

P区多数载流子为空穴；N区多数载流子为电子，具有一定的内电场，其能带结构如图1a所示。

当给这个PN结加上正向电压时，外加电压加强多数载流子的扩散运动，内电场被抵消。

这样，N区的多数载流子在外电场的作用下注入P区，同时，P区的多数载流子(空穴)在外电场的作用下注入N区。

如图1b所示。

图1 PN结注入发光能带图这些非平衡少数载流子不断与注入区的多数载流子复合，将原来从外加电场吸收的能量以光子的形式释放，从而发出光来。

这种发光过程叫辐射复合。

这就是PN结发光的基本原理。

用砷化镓材料制成的红外发光二极管的发光效率较高，可达3％。

图1(c)是红外发光二极管的电路符号。

⑵红外发射调制电路在红外传输系统中，无论是频率编码还是脉冲编码信号，大多为矩形波的脉冲信号，对于这类信号的调制，采用的是两种特殊的调制方式：一种是幅度键控方式，另一种是频率键控方式。

⑶幅度键控调制(ASK)图2是幅度键控调制的示意图。

由图可见，当编码脉冲为高电平“1”时，载波信号输出；当编码脉冲为低电平“0”时，载波信号不输出。

已调信号为断续的等幅高频信号。

调制电路中，载波信号的频率f2要远大于调制信号(编码信号)的频率f1。

在红外遥控系统中，一般f2要为f1的几倍至几十倍。

四川大学：物理化学实验

饱和蒸气压测定装置图
5－等压计
实验步骤
安装仪器，将待测液装入等压计中，A管约2/3、 B管和C管约1/2
检查装置气密性驱除尽等压计AC弯管间空气测定不同外压下环己烷沸点
实验完毕，开启通大气阀，使系统通大气后切断电源，撤下水浴，关闭冷凝水
注意：
AC管应浸入水浴水面之下，且实验过程中应维持搅拌水浴，使体系温度均匀
QV (x) =
KΔTx - εbx - qcx Wx /M x
标准物质
QV
(e)
We Me
+
εbe
+
qce
=
KΔTe
K = QV (e)(We /Me ) + εbx + qce ΔTe
标准量热物质：苯基酸待测物质：萘
氧弹式量热计
1－恒热夹套 2－氧弹 3－量热容器 4－绝热垫片 5－隔热盖盖板 6－马达 7，10－搅拌器 8－伯克曼温度计 9－读数放大镜 11－振动器 12－温度计
q(H+) = Vc(H+)F
欲使界面保持清晰，必须使界面上下电解质不相混合，选择CdCl2溶液能满足这一要求。
1－Pt电极 2－HCl溶液 3－迁移管 4－恒温水浴 5－乳胶管 6－Cd电极 7一直流电源
实验步骤
取少量的标准HCl溶液清洗刻度管2～3次。再取适量以加入甲基紫指示剂的标准HCl溶液加入迁移管中。装满后，插入Pt电极
数据记录和处理
梯形法
Q总
=
I0
+ In 2
+
n-1 i=1
Ii
120
数据记录和处理
由式(7-14)计算H+迁移电量q(H+) 由式(7-13)计算出t(H+)及t(Cl-) 解释实验步骤4所观察到的现象

空气热机特性实验数据

空气热机特性实验数据本次实验旨在研究空气热机的特性，并通过实验数据进行分析和讨论。

实验过程中，我们使用了一台空气热机模拟器，并通过改变不同的参数来观察空气热机的变化特性。

首先，我们进行了空气热机的泵入温度与压缩比实验。

在该实验中，我们改变了泵入空气的温度，并记录了压缩机输出的压力和温度数据。

实验数据表明，当泵入温度较低时，压缩机的压缩比较小，输出压力和温度也较低。

而当泵入温度较高时，压缩机的压缩比较大，输出压力和温度也相应提高。

通过实验数据的分析，我们得出了空气热机泵入温度与压缩比的正相关性，即泵入温度越高，压缩比越大。

最后，我们还进行了空气热机在不同负荷下的性能实验。

在该实验中，我们改变了空气热机的负荷，即改变了热机输出的功率，并记录了热机输入功率、热机的热量输出和排出的废热水温度。

实验数据表明，当空气热机的负荷较低时，热机的输入功率、热量输出较低，废热水温度较高。

而当空气热机的负荷较高时，热机的输入功率、热量输出也相应提高，废热水温度也降低。

通过实验数据的分析，我们得出了空气热机在不同负荷下的性能规律，即负荷越大，热量输出越高，废热水温度越低。

综上实验数据的分析，我们得出了以下结论：1、空气热机泵入温度与压缩比呈正相关性；2、空气热机压缩比和下冷却水流量对于热机的热量输出和废热水温度有影响，即压缩比和下冷却水流量越大，热量输出越高，废热水温度越低；3、空气热机在不同负荷下的性能规律为，负荷越大，热量输出越高，废热水温度越低。

这些结论对于研究空气热机的特性具有一定的参考价值，并有助于优化空气热机的性能。

此外，我们还需要进一步加强对于空气热机的研究，探究其更为深刻的特性和工作规律，从而更好地推动空气热机的应用发展。

【精编范文】空气热机实验报告-精选word文档（13页）

【精编范文】空气热机实验报告-精选word文档（13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！ ==空气热机实验报告篇一：空气热机实验论文报告空气热机试验摘要：热机是将热能转换为机械能的装置，空气热机结构简单、便于操作。

空气热机实验通过对空气热机探测仪、计算机等操作来理解空气热机原理及循环过程。

通过电加热器改变热端温度测量热功转换值，作出nA/ΔT 与ΔT/ T1的关系图，验证卡诺定理。

逐步改变力矩大小来改变热机输出功率及转速，计算、比较热机实际转化效率。

试验表明:在一定误差范围内,随热端温度升高nA/ΔT与ΔT/ T1的关系呈现性变化，验证卡诺定理。

热端温度一定时输出功率随负载增大而变大，转速而减小。

关键词：卡诺定理;空气热机;卡诺循环引言: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为热力学第二定律的确立起了奠基性的作用。

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。

虽然现在已发展了内燃机，燃气轮机等新型热机，但空气热机结构简单，便于帮助理解热机原理与卡诺循环等热力学知识。

空气热机的结构如图一所示，热机主机主要有高温区、低温区、工作活塞和位移活塞、气缸、飞轮、连杆，热源等组成。

由电热方式加热位移活塞，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气缸间的间隙流动，提高高温与低温间的温度差可以提高热机效率。

位移活塞与工作活塞通过连杆与飞轮连接，他们的运动是不同步的，其中一个处于极值时，速度最小，另一个活塞速度最大。

图一空气热机工作原理示意图当工作活塞向下移时，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；工作活塞向顶端移动时，位移活塞迅速右移，使位移汽缸内气体向低温区流动，如图1c所示；进入低温区的气体温度降低，使汽缸内压强减小，同时工作活塞在飞轮惯性力的作用下向下运动，完成循环，如图1 d 所示。

ZKY-RJ智能酒精灯空气热机

空气热机
一、实验内容
1．通过实验理解热机原理及热机循环过程
2．测量不同输入功率（冷热端温差改变）下热功转换效率，验证卡诺定理
3．测量热机输出功率随负载的变化关系，计算热机实际效率
二、实验仪器组成：热机实验仪、空气热机测试仪、热源、力矩计
三、主要技术指标
1、汽缸容积20.8ml
2、输入电压24~36V
3、输入功率140~210W
4、热功转换效率约1%
5、实际输出功率0.1~1W
6、外形尺寸20×30×20cm3
热机实验仪：
1、内置微处理器，3位半数字显示
2、采集热机汽缸压力，转动角度，冷端温度，热端温度等参量
3、显示热机转速，冷端温度，热端温度
4、输出汽缸体积，压力，供接入计算机或示波器显示P-V图
此图片为电加热式，酒精灯加热式为加热采用酒精灯。

如果为了演示，可以只买左侧架子；单价：测试仪（2850）+测试架（6530）。

空气热机实验心得体会

空气热机实验心得体会上个学期，我们做了《空气热机》这一节课，老师给我们留下了许多深刻的印象。

这次实验又让我回忆起了那些实验中发生的事情，今天，我就来和大家说一说。

在老师布置任务后，我们每组都买好了材料，还有专门准备用于烧水的杯子、温度计等物品，以及实验所需要的铁架台、铁片、木条、铜片等工具，并且找到教室外面的空地进行实验，但因为是星期五，天比较冷，就把木炭放在教室里面。

老师指导我们正确使用酒精灯、移动活塞、改变发热丝位置、观察现象……不知不觉，已经是晚自习时间了，虽然感觉很累，可看着同学们高兴的样子，也让我十分开心。

经过一番努力之后，大部分人成功完成了实验。

可唯独我没有完成实验，最终只得将我组成员写满文字的报告书递交上去，这时，其他小组都十分羡慕。

而我想：“明年的我应该会更加优秀！”其实做实验真的挺难的，不仅要求我们仔细认真，对器械非常熟悉，还必须亲手操作，但每当我看见别人轻松搞定一项任务时，内心总会涌出无限的喜悦与激动，也因此让我体会到：只有勤奋才能取得胜利！首先，在实验前应提前准备好相关的实验工具，尤其是准备好足够的铁片，以便实验后用它们来焊接电线；接着，按照老师的方法打开铁盒，注意观察土包的两侧、顶部和底部各自的凹陷程度，随后再观察散热孔是否被堵住或盖子松动，如果是，则必须拧紧盖子或重新制造一个合适的散热孔；最后，把碳棒粘在散热孔处，用夹子固定住，再将酒精灯放入燃烧桶中，预热5—10分钟。

待温度达到600℃左右时，慢慢调整温度计水银柱到绿色区域，稳定5分钟后，点燃酒精灯，缓慢旋转发热丝，直至铜片发红、火焰颜色均匀后熄灭酒精灯，冷却几秒钟后迅速插上温度计测量温度。

此外，由于制氧气瓶比制氧气轻，所以在点燃酒精灯时应该注意观察氧气的减少情况。

当制氧气瓶快耗尽时，你就应该停止制氧气了，并拔掉煤气罐，把导管从瓶口缓慢抽出。

除了实验过程中遇到问题要记录清楚之外，还要懂得善于思考，积极动脑筋解决问题，例如：怎么检查，实验中出现什么样的错误，该如何避免。

空气热机实验论文《综合设计与创新物理实验》

论文请勿直接抄袭，只供借鉴斧正，个人水平有限，望读者认真实验，获得得优异成果。

空气热机实验研究与对机动车余热利用方案20摘要：本实验验证了卡诺定理，探讨出热机效率的影响因素，同时由实验得到启发，提出提高机动车热机效率的方案，该方案通过对内燃机排出废气加以利用，对空气热机的热端加热，替代加热电阻，并把废热的能量经发电机转化以电能形式收集利用.关键字：空气热机、卡诺定理、热机效率、能量二级利用、汽车尾气，废热利用、电能正文：实验前，了解仪器的使用方法，注意到热机循环过程中工作活塞与位移活塞的运动情况，查阅资料了解电子示波器的使用方法，以及力矩计的调节，爱护实验仪器，了解卡诺定理。

实验中，一、测量不同冷热端温度时的热功转换值1.连接仪器，打开电源，取下力矩计，用加热电压的十一档给热机加热，可以看到冷热端温度（T2,T1）开始增加。

2.十分钟后看到加热电阻丝已发红，冷热端温度差近100K顺时针拨动飞轮，热机运转起来。

3．改变加热电压（24.1 25.8 27.9 28.9 29.8 32.1），等待温度和转速平衡后，记录T1,ΔT,转速n,快速读出P-V图面积A。

二、测量热机输出功率随负载及转速的变化关系1.在最大功率下P=UI，使热机停止转动，装上力矩计，拨动飞轮，开始下一实验。

2．通过调节输出力矩为（4 5 7 9.5 11.5 13.5（X10^-3）），记录T1, ΔT,n。

实验结束，快速检查数据是否有较大误差，如果无，则关闭仪器及电源。

处理数据：完成表格表一：测量不同冷热端温度时的热功转换值加热电压V 热端温度T1温度差ΔTΔT/T1 A（P-V图面积）热机转速nnA/ΔT24.1 410.6 105.3 0.2565 4.0*0.02 4.9 3.72*10^-325.8 417.0 109.5 0.2626 4.3*0.02 5.4 4.24*10^-327.9 425.8 116.7 0.2741 4.6*0.02 6.2 4.89*10^-328.9 436.7 125.8 0.2881 4.8*0.02 7.2 5.49*10^-329.8 443.5 130.4 0.2940 5.1*0.02 8.1 6.34*10^-332.1 465.4 148.8 0.31975.0*0.02 10.16.79*10^-3画出不同冷热温差时的热功转换曲线得出实验结论：在外加负载不变的情况下，随加热功率增大，nA/ΔT 与ΔT/T1基本具有线性关系，验证了卡诺定理。

空气热机实验论文

空气热机实验及其利用摘要：热机是将热能转换为机械能的机器。

空气热机以空气作为工作介质，结构简单，便于帮助理解热机原理与卡诺循环等热力学中的重要内容，是很好的热学实验教学仪器。

实验用以理解热机原理及循环过程测量不同冷热端温度时的热功转换值，验证卡诺定理以及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。

关键词：能量转换卡诺定理热机效率节约能源Air engine experiment and its utilizationAbstract: The heat is the heat energy into mechanical energy of the machine. Air to air as a heat engine working medium, simple structure, easy to help understand the Carnot cycle heat engine theory and thermodynamics such an important part, is a good thermal experimental teaching instrument. Experiments to understand the principle and cycle heat engine cold junction temperature measurement when different thermal power conversion value, verify Carnot theorem and measuring the thermal power output with load and speed changes between the actual calculation of heat engine efficiency.Keywords: energy conversion efficiency of heat engine Carnot theorem save energy.1.工作原理。

空气热机

在利用动态法验证卡诺定理的过程中，出现了下图4的情况。
图4
在压力的变化曲线中，在靠近最大振幅的位置出现了突降，此后又进行过多次观测，再无此现象发生。经过分析讨论，我认为可能是压力过大，温度过高，加之一系列外部因素，导致工作活塞及气缸出现漏气，使压力突然变小，出现了图中的情况。
致谢：
《大学物理综合设计实验》——中国海洋大学物理实验教学中心
3.708
14.0
9.2
257.6π
3.827
16.5
7.3
240.9π
3.579
表2测量热机输出功率随负载及转速的变化关系
以n为横坐标，Po为纵坐标，在坐标纸上作Po与n的关系图3，表示同一输入功率下，输出偶合不同时输出功率或效率随偶合的变化关系。
图3
结论：
从图2中可以得出，在外加负载不变的情况下，随着加热功率的增大，ΔT/T1与nA/ΔT基本具有线性关系，从而验证了卡诺定理。
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。
（2）实验内容：由于在利用静态测量法对不加负载的空气热机采集数据的过程中，由于转速过快，温度过高，导致实验装置报警，所以仅得到前四档位的数据。数据计入表1（由于实验数据较多，本表只列出两组）。
3方法:
（1）热机工作原理：热机主机由汽缸、高温区、低温区、工作活塞、位移活塞、飞轮、连杆等部分组成。见图一。
图一空气热机的实验原理
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。

斯特林循环效率的实验模拟与理论分析

斯特林循环效率的实验模拟与理论分析
魏志远聂娅向钢）（四川大学物理科学与技术学院，四川成都６１００６４摘要本文从实验上验证了斯特林循环的效率与卡诺循环的效率一致。实验结果和理论分析表明，工作物质在等体过程中吸收的热量无须计入循环效率的计算公式，因为斯特林循环中的回热器是在系统内部与工作物质进行热量的交换，对外界没有影响。关键词斯特林循环；卡诺循环；循环效率
ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＡＮＤＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＴＨＥＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹＯＦＳＴＩＲＬＩＮＧＣＹＣＬＥ
１］。陆上、水下等领域得到了广泛的应用［
；修回日期：收稿日期：１３０３０１６１００１７８１２２－－－－作者简介：魏志远，男，０１５级教育部物理学试验班学生，ｉｄｅａｌｂｒｏａｄｆｏｘｍａｉｌ．ｃｏｍ。２＠。通讯作者：聂娅，女，副教授，主要从事大学物理教学工作，研究方向为光学和凝聚态物理，ｉｅａ１１０４＠ｓｃｕ．ｅｄｕ．ｃｎｎｙ（）：］引文格式：魏志远，聂娅，向钢．斯特林循环效率的实验模拟与理论分析［６０１７，２７６２５，７０．６Ｊ．物理与工程，２－
ＷＥＩＺｈｉｕａｎＮＩＥＹａＩＡＮＧＧａｎＸｙｇ

空气热机物理实验报告

一、实验目的1. 了解空气热机的工作原理和结构特点。

2. 掌握空气热机的循环过程和热功转换原理。

3. 验证卡诺定理，并分析热机效率与温度的关系。

4. 通过实验，加深对热力学基本概念的理解。

二、实验原理热机是将热能转换为机械能的装置。

空气热机以空气作为工作介质，结构简单，便于操作。

空气热机实验通过对空气热机探测仪、计算机等操作来理解空气热机原理及循环过程。

三、实验仪器1. 空气热机探测仪2. 计算机3. 电加热器4. 温度传感器5. 力矩传感器6. 气缸7. 飞轮8. 连杆四、实验步骤1. 搭建实验装置，将空气热机探测仪、计算机、电加热器、温度传感器、力矩传感器等连接好。

2. 将空气热机主机安装在实验台上，确保气缸、飞轮、连杆等部件运行正常。

3. 启动计算机，打开空气热机探测仪软件，开始实验。

4. 通过电加热器改变热端温度，记录热功转换值，作出nA/T与T/T1的关系图，验证卡诺定理。

5. 逐步改变力矩大小，改变热机输出功率及转速，计算、比较热机实际转化效率。

6. 分析实验数据，得出结论。

五、实验结果与分析1. 验证卡诺定理：实验结果显示，在一定误差范围内，随热端温度升高，nA/T与T/T1的关系呈现线性变化，验证了卡诺定理。

2. 热机效率：实验结果表明，热端温度一定时，输出功率随负载增大而变大，转速而减小。

这说明热机效率与热端温度和负载有关。

六、实验结论1. 空气热机是将热能转换为机械能的有效装置，其工作原理和结构特点与卡诺循环相似。

2. 卡诺定理在空气热机实验中得到了验证，说明热机效率与热端温度和负载有关。

3. 通过实验，加深了对热力学基本概念的理解，为后续学习热力学知识奠定了基础。

七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免触电、烫伤等事故。

2. 实验数据应准确记录，避免误差。

3. 实验结束后，清理实验场地，确保实验设备完好。

八、实验拓展1. 研究不同类型的热机，比较其工作原理和效率。

2. 探讨热力学在工程中的应用，如热泵、制冷机等。

大学物理创新型实验的探索与实践——以空气比热容比值的温度特性研究为例

Vol.40 No.5(Natural Science)第40卷第5期2019 年玉林师范学阮学授(自然科学)JOURNAL OF YULIN NORMAL UNIVERSITY 大学物理创新型实验的探索与实践——以空气比热容比值的温度特性研究为例□路飞平S 易施光2,赵莹I,王建红I(1.天水师范学院电子信息与电气工程学院，甘肃天水741001； 2.玉林师范学院物理与电信工程学院，广西玉林537000)［摘要］开展创新型大学物理实验是目前大学物理实验教学和研究者关注的热点问题。

本文以大学物理实验中空气比热容比的测定为例，演示如何开设创新型实验。

首先引导学生了解空气比热容比的定义及理论计算方法，其次通过自制变温装置，测量了空气比热容比值的温度特性，最后利用所学知识对实验结果进行合理解释。

本实验的开展可培养学生的科学思维，锻炼学生的自主学习和独立思考问题的能力，为如何开展大学物理创新实验提供一个较好的范例。

［关键词］大学物理实验;创新能力；空气比热容比；地方本科院校［中图分类号］G642；O4-4 ［文献标识码］A ［文章编号］1004-4671 (2019) 05-0050-05大学物理实验课程的教学中，学生的创新能力是物理实验教学的一个重要教学目标，也是衡量人才培养质量的一个重要指标。

近年来，越来越多的研究人员关注于如何通过大学物理实验的教学提高理工科大学生的创新能力，并做了诸多的尝试，取得了良好的教学效果(T 。

杜永胜等”在实验教学中，选择以电磁场中易于自制的课堂演示仪器为例，通过引导学生自己动手进行制作，并利用所学知识对实验结果进行解释，从而激发学生学习兴趣。

樊代和等闵通过实际的案例，对传统的大学物理实验项目内容进行探索，或将不同的实验项目进行有机结合，通过这些训练，学生能够取得一定的创新性成果，进而提升其创新实践能力。

路飞平等冋指出，目前大学物理实验的教学存在教学内容陈旧，缺乏创新的问题，提出教师应采用基于教材又不拘泥于教材的教学方法，借助现有的实验条件，多思考，多挖掘，在现在条件下，开展创新型实验，以此提高学生的科学素养和创新能力，培养学生的实验兴趣。

对一种新型空气热机工作原理的分析

对一种新型空气热机工作原理的分析路峻岭;秦联华【摘要】根据物理学原理对单缸单活塞空气热机的工作过程给出了一种物理解释.即:本实验所涉及热机的气缸中工质的状态参量要用3组pVT来表示(气缸工质分为3段),尽管3段空气柱的压强p始终保持相等,但3段空气柱的V、T并不保持相等.在单一活塞运动时,局部空气柱状态参量的变化具有热机效应,部分吸热被转化为对外做功,完成了热机循环.【期刊名称】《物理与工程》【年(卷),期】2015(025)001【总页数】3页(P53-54,58)【关键词】热机;热机循环【作者】路峻岭;秦联华【作者单位】清华大学物理系,北京 100084;清华大学物理系,北京 100084【正文语种】中文1 演示实验热机的结构热机演示实验是大学物理热学教学的重要内容，可以直观地帮助学生理解热机工作物质（工质）状态循环的概念.一般说来，热机循环（正循环）可用PV图上沿顺时针变化的闭合曲线来表示，意味着工质从高温热源（不一定保持一个温度）吸热对低温热源（不一定保持一个温度）放热并将部分热能转化为对外做功；制冷机循环（逆循环）可用PV图上沿逆时针变化的闭合曲线来表示，意味着工质从低温热源吸热连同外界对工质做功转化而成的热能一并对高温热源放热.理想情况下，工质状态在两条恒温线和两条绝热线构成的闭合曲线上循环，就是卡诺循环[1，2]. 目前国内流行的演示实验热机多为斯特林（R.Stiring）热机，其主要结构特点是在气缸中设置了两个活塞，一个为工作活塞，就是通过曲轴飞轮对外做功的活塞，另一个为换位活塞，其作用是驱使工质到它该去的地方（换位活塞到低温区时迫使工质到高温区吸收热量，换位活塞到高温区时迫使工质到低温区放出热量）[4]，斯特林热机循环可以简化地被认为是工质状态在两条恒温线和两条等容线构成的闭合曲线上的循环过程[3].由于两个活塞振动相位的要求，其飞轮只能单向转动.本文所说的新型空气热机是一种单缸单活塞且其飞轮可以双向转动的热机，其装置图如图1所示.气缸是一个试管状玻璃管（试管），封闭端一边内充以金属屑，开口端一边内设置一个活塞，该活塞通过曲柄连接飞轮.加热邻近填充金属屑的玻璃管的外壁，启动飞轮后热机即可以自持地沿启动方向工作.图1 新型空气热机照片如何用物理原理来说明此热机的工作过程呢？我们的看法是：本单缸单活塞空气热机是靠气缸中局部工质作热机循环的，从高温热源吸热对低温热源放热并将部分热能转化为对外做功而工作的.活塞振动推动曲柄使飞轮转动，转动方向仅与驱动方向有关，所以飞轮沿正逆哪一个方向皆可工作，其优点是结构简单，缺点是效率较低.2 对新型空气热机工作原理的分析图2 声驻波空气热机的核心结构图本热机的核心结构——气缸和活塞如图2所示.活塞处于其平衡位置O时，玻璃管气缸中封闭住了一段空气.当活塞在AB之间做简谐振动时，玻璃管气缸内被封闭的这一段空气中将产生低频驻波，也就是说其中的空气分子在作热运动的同时还在作一种平均看来宏观的低频振动，其间靠近活塞端（图上左端）为类波腹端而靠近气缸玻璃管的底端（图上右端）为波节端.所谓类波腹端不是传统意义的波腹（正弦函数的极值点），而是在靠近波节（正弦函数的零点）附近可近似取线性的一段的一端.在活塞做简谐振动时，类波腹端和波节之间的空气团将做同步简谐振动，其间某一点的驻波振幅与该点至波节点的距离成线性关系，越靠近波节振幅越小至波节端时为零.在玻璃管中部O′点的左侧设置长度为略大于活塞振幅之半的一段为加热区（中段），以酒精灯焰灼烧此区；在O′点右侧至玻璃管底部以导热金属丝屑填充，成为冷却区（后段），活塞至加热区之间为高温区（前段）.玻璃管气缸内的温度分布大体如图3所示，为分析方便简化了作图.从中可以看出气缸中除加热区一段温度较高外，加热区左右分别是温度为T1和T2的恒温区段，由于导热金属丝屑的作用T2低于T1.活塞运动到达极端位置时的状态如图4所示.玻璃试管气缸中段加热区和偏试管底半部冷却区的设置，使得单一活塞的简谐振动就能实现加热区局部空气工质状态的热机循环，完成把部分热能转化为机械能.这是本形式热机的特点和优点.此加热区局部空气工质段前面靠近活塞的前段其热机循环运动为近似沿温度为T1的等温线运动，其后面有金属屑的后段近似沿温度为T2的等温线运动；活塞由一个极端（极右端或极左端）反向回程的过程近似为等容过程，如图5所示.图3 玻璃管气缸中的温度分布图4 活塞到达极端位置状态图还需要特别强调的是，活塞的运动比起空气分子的热运动慢得多，气缸玻璃管内空气热运动的弛豫时间比活塞的振动周期短得多.因此，热机活塞运动的每一时刻，局部工质空气的热力学状态都可被理解为平衡态，即本热机与一般热机一样，工质的状态变化都是准静态过程.所不同的是，一般空气热机（斯特林热机）气缸中工质的状态参量用一组热平衡参量pVT来表示，而本实验所涉及热机的气缸中工质的状态参量要用3组pVT来表示，尽管三段空气柱的压强p始终保持相等，但3段空气柱的V、T并不保持相等.正是3段空气柱的VT参量不相等，才能在单一活塞运动时实现局部空气柱具有热机效应，部分吸热被转化为对外做功.图5 气缸中工质状态的分段变化参考文献【相关文献】[1]赵凯华，罗蔚茵.新概念物理学教程热学[M].北京：高等教育出版社，1998.2，163-169.[2]张三慧.大学物理（第二册）热学[M].2版.北京：清华大学出版社，1999.7，124-135.[3]路峻岭.物理演示实验教程[M].北京：清华大学出版社，2005.7，366-369.[4][德国]LEYBOLD DIDACTIC GMBH.General Catalogue of Physics Experiments[M].Printed in Federal Republic of Germany，1998：84-85.。

换气式空气热机实验

换气式空气热机实验路峻岭;秦联华【期刊名称】《物理与工程》【年(卷),期】2015(0)4【摘要】换气式空气热机是在其工质状态作循环变化过程中与外界有气体交换的一种热机。

本文对其工作过程给出了一种物理解释。

即它的高低温热源皆不能用单一温度的热源来表示。

由于热机对外做功环节是整体工质所完成的，而外界对热机做功环节是对缸内部分工质所进行的，因此在一个循环过程中工质对外界所做的功比外界对缸内部分工质所做的功多，故这种热机能够实现自持工作。

%Ventilation type air heat engine is a kind of heat engine whose working substances exchange gas with outside word during the cycling process.This paper presents a physical in-terpretation to its working process.Both the high temperature and the low temperature heat sources cannot be described by a single temperature heat source.Because the step of working outside by heat engine is completed by the whole working substances,but the outside word only works on a part of the working substances in another step.In short,the work done to the outside by the whole working substances is more than the one done to the part of working substances in cylinder by the outside word.So this kind of heat engine can realize the autono-mous working.【总页数】4页(P35-37,41)【作者】路峻岭;秦联华【作者单位】清华大学物理系，北京 100084;清华大学物理系，北京 100084【正文语种】中文【相关文献】1.基于空气热机的热机效率分析及在教学中的应用 [J], 由存;戎张泽;刘真;师搏;张文锐;石浩辰2.通信基站用整体式空气-空气热虹吸管换热机组的实验研究 [J], 马国远;王树春;周峰3.居室卫生间经排水管道抽气式换气的空气质量检测 [J], 常静;宋锁英;常慧敏4.基于空气热机的热机效率分析及在教学中的应用 [J], 由存;戎张泽;刘真;师搏;张文锐;石浩辰;;;;;;5.06K301—1《空气-空气能量回收装置选用与安装（新风换气机部分）》图集[J], 孙丽婧因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。