热机实验报告..doc

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，计算帕尔帖的内电阻和热机效率。 3、测量热泵的性能系数。 4、通过测量和计算，比较负载和内阻，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。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） 热传导 热机模式下最佳负载的选择 实验内容与数据 1、测量热机效率 实际效率 ， 卡诺效率 卡诺效率和热效率数据处理表 () 冷端 热端 负载 实际效率 卡诺效率 加热 档位 TC (K) TH (K) VH (V) IH (A) PH (W) Vw (V) Pw (W) (%) (%) 1 299．15 302．95 3.25 1.01 3.28 0.066 0.0021 0.06% 1.2% 2 299．15 312．65 5.66 1.76 9.96 0.236 0.0278 0.27% 4.3% 3 299．25 322．95 7.11 2.20 15.6 0.403 0.0812 0.52% 7.0% 4 299．55 333．15 8.72 2.69 23.5 0.588 0.1728 0.74% 10% 5 299．55 342．65 11.50 3.59 41.3 0.720 0.2592 0.63% 12% 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 低温端 TC (℃) 高温端 有负载 Vw (V) 无负载 Ｖs(V) TH (℃) VH (V) IH (A) 有负载 26.5 60.0 9.74 3.01 0.588 无负载 26.5 60.0 8.42 2.66 1.491 内阻为 调整效率为 调整效率和卡诺效率之间的百分误差： 偏差＝ 实际效率 式中 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（TH=60.0℃,R=2Ω） TH（℃） TC（℃） 负载两端 K实际 Ｋ最大 Ｋ调正 偏差 VR(V) IR(A) PR(W) 60.0 28.0 5.59 1.48 8.27 1.7 9.41 9.1 3.2 效率计算 （1） 实际性能系数： （2）最大性能系数： （3）调整性能系数：部分功率是用在帕尔帖器件内阻上，因此，需调整，必须从输入帕尔帖器件的功率中扣除。 计算调整性能系数与最大性能系数的百分误差： 4、在开路模式下计算帕尔贴器件的热传导率（实验条件：TH=60.0℃,R=2Ω） 开路模式下帕尔帖器件的热传导率为 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 R(Ω) TC/℃ TH/℃ VH IH VW PH PW 0.5 28.0 50.0 8.21 2.51 0.158 20.61 0.0499 0.24% 1.0 28.0 50.0 8.26 2.52 0.276 20.81 0.0762 0.36% 1.5 28.0 50.0 7.90 2.47 0.358 19.52 0.0850 0.43% 2.0 28.0 50.0 8.16 2.54 0.425 20.71 0.0903 0.