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1、空气热机实验第1页，共12页，编辑于2022年，星期日实验原理实验原理 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，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
2、另一个活塞的速度最大。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 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 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，如图右移，使汽缸内气体向低温区流动，如图c c 所示；进入低温区的气体温度
3、降低，使汽缸所示；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 d 所示。所示。在一次循环过程中气体对外所作净功等于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。图所围的面积。第2页，共12页，编辑于2022年，星期日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：T2:为冷源的绝对温度 T1:为热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。热机每一循环从热源吸收的热量Q1正比于T/n，n为热机转速，正比于nA/T。n，A，T1及T
4、均可测量，测量不同冷热端温度时的nA/T，观察它与T/T1的关系，可验证卡诺定理。第3页，共12页，编辑于2022年，星期日.空气热机实验仪空气热机实验仪由光电门信号可确定飞轮位置，进而计算汽缸体积。由光电门信号可确定飞轮位置，进而计算汽缸体积。图2 电加热型热机实验装置图第4页，共12页，编辑于2022年，星期日2 2电加热器电源电加热器电源12345 6 7 8 图3 加热器电源前面板示意图第5页，共12页，编辑于2022年，星期日.空气热机测试仪空气热机测试仪图5 主机前面板示意图7 8 9 10 11 12312456第6页，共12页，编辑于2022年，星期日各部分仪器的连接方法各部分
5、仪器的连接方法】1.用鱼叉线将电加热器电源的输出接线柱和电加热器的“输入 电压接线柱”连接起来，黑色线对黑色接线柱，黄色线对红 色接线柱，而在电加热器上的两个接线柱不需要区分颜色，可以任意连接。2.用两芯的连接线将主机测试仪后面板上的“转速限制接口”和 电加热器电源后面板上的“转速限制接口”连接起来；3.用适当的连接线将测试仪的“压力信号输入”、“T1/T2输入”和“转速/转角信号输入”三个接口与热机底座上对应的三个接口连接起来；4.用一根Q9线将主机测试仪的压力信号和双踪示波器的Y通道连接，再用另一根Q9线将主机测试仪的体积信号和双踪示波 器的X通道连接；（智能型热机测试仪）第7页，共12页
6、，编辑于2022年，星期日实验内容与步骤实验内容与步骤 1.用手顺时针拨动飞轮，结合原理图仔细观察热机循环过程中工作活塞与位移活塞的运动情况，理解空气热机的工作原理。2.连接好实验装置，将力矩计调松减小摩擦力。将加热电压加到36伏。等待约10分钟，加热电阻丝已发红后，用手顺时针拨动飞轮，热机即可运转（若运转不起来，可看看热机实验仪显示的温度，冷热端温度差在50度以上时易于起动）。3.减小加热电压至24伏，测量加热电压和电流。等待约10分钟，温度和转速平衡后，从热机实验仪（或计算机）上读取温度和转速，从计算机上读取（或从示波器显示的P-V图估算）P-V图面积，填入表格中。4.逐步加大(电压）加热
7、功率，重复以上测量。5.测出5组数据,以nA/T为纵座标,以T/T1为横座标,在直角座标系中描点连线,第8页，共12页，编辑于2022年，星期日 测量不同冷热端温度时的热功转换值 第9页，共12页，编辑于2022年，星期日第10页，共12页，编辑于2022年，星期日A=则：第11页，共12页，编辑于2022年，星期日思考题及注意事项思考题及注意事项1.热机汽缸等部位为玻璃制造，容易损坏，请谨慎操作。2.热机在静止状态下严禁长时间大功率加热，若热机运转过程中因各种原因停止转动，必须用手拨动飞轮帮助其重新运转或立即关闭电源3.纪录测量数据前须保证已基本达到热平衡，避免出现较大误差。第12页，共12页，编辑于2022年，星期日