熱力學(xué)在生活中的應(yīng)用

1、本科課程論文題目熱力學(xué)在生活中的應(yīng)用學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化年級學(xué)號姓名指導(dǎo)老師2014年 11 月 20 日目錄1. 摘要32. 關(guān)鍵字33. 前言34. 正文34.1 熱力學(xué)第一定律34.2 熱力學(xué)第二定律44.3 生活中的熱力學(xué)現(xiàn)象及應(yīng)用44.4 熱機(jī)54.5 結(jié)論65.參考文獻(xiàn)7熱力學(xué)在生活中的應(yīng)用1. 摘要 ：熱力學(xué)第一和第二定律是熱力學(xué)的最基本最重要的理論基礎(chǔ)，其中熱力學(xué)第一定律從數(shù)量上描述了熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換時數(shù)量的關(guān)系。熱力學(xué)第二定律從質(zhì)量上說明熱能與機(jī)械能之間的差別，指出能量轉(zhuǎn)換是時條件和方向性。在工程上它們都有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。2. 關(guān)鍵字 ：熱力學(xué)生活應(yīng)

2、用熱機(jī)3. 前言 ：熱機(jī)在人類生活中發(fā)揮著重要的作用?，F(xiàn)代化的交通運(yùn)輸工具都靠它提供動力。熱機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展推動了社會的快速發(fā)展 也不可避免地?fù)p失部分能量并對環(huán)境造成一定程度的污染。4. 正文 ：4.1熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律：熱力學(xué)的基本定律之一。是能的轉(zhuǎn)化與守恒定律在熱力學(xué)中的表現(xiàn)。它指出熱是物質(zhì)運(yùn)動的一種形式，并表明，一個體系內(nèi)能增加的量值 E（ =E 末-E初）等于這一體系所吸收的熱量 Q與外界對它所做的功之和，可表示為 E W Q。對熱力學(xué)第一定律應(yīng)從廣義上理解，應(yīng)把系統(tǒng)內(nèi)能的變化看作是系統(tǒng)所含的一切能量（如化學(xué)的、熱的、電磁的、原子核的、場的能量等）的變化，而所作的功是各種形式的

3、功，如此理解后，熱力學(xué)第一定律就成了能量轉(zhuǎn)換和守恒定律。在1885 年，恩格斯把這個原理改述為“能量轉(zhuǎn)化與守恒定律”，從而準(zhǔn)確而深刻地反映了這一定律的本質(zhì)內(nèi)容。同時熱力學(xué)第一定律也可表述為：第一類永動機(jī)是不可能制造的。 在 19 世紀(jì)早期，不少人沉迷于一種神秘機(jī)械, 這種設(shè)想中的機(jī)械只需要一個初始的力量就可使其運(yùn)轉(zhuǎn)起來，之后不再需要任何動力和燃料，卻能自動不斷地做功。在熱力學(xué)第一定律提出之前，人們一直圍繞著制造永動機(jī)的可能性問題展開激烈的討論，這種不需要外界提供能量的永動機(jī)稱為“第一類永動機(jī)”。根據(jù)熱力學(xué)第一定律這種裝置顯然無法制成。4.2熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律：熱力學(xué)的又一基本定律。它

4、是關(guān)于在有限空間和時間內(nèi)，一切和熱運(yùn)動有關(guān)的物理、化學(xué)過程具有不可逆性的總結(jié)。自熱力學(xué)第一定律被發(fā)現(xiàn)以后，人們注意到許多自行發(fā)生的過程都是單方向的，例如熱量從高溫物體傳到低溫物體，水由高處向低處流動，氣體的擴(kuò)散與混合，其反向自行發(fā)生的過程雖然沒有違反第一定律，卻從來還沒有發(fā)現(xiàn)過，可見除了第一定律外，必定還有其他的定則在限制這些過程的發(fā)生方x 向。熱力學(xué)第二定律對工程實(shí)踐有著重要的指導(dǎo)意義。例如：有些簡單過程進(jìn)行的方向很容易看出來，但是很多比較復(fù)雜的過程，如一些化學(xué)反應(yīng)，要直接預(yù)測它們進(jìn)行的方向是很困難的。這時可以通過計(jì)算孤立系的熵的變化來預(yù)測；熱力學(xué)第二定律揭示了一切實(shí)際過程都具有不可逆性。從

5、能量利用的角度來看，不可逆意味著能量的貶值、可用能和功的損失。掌握能量貶值的規(guī)律性便可避免一些不必要的能量損失，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。4.3生活中的熱力學(xué)現(xiàn)象及應(yīng)用生活中無處不存在熱力學(xué)現(xiàn)象，熱力學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)和原理亦來自生活。其實(shí)我們身邊經(jīng)?？梢钥吹胶芏嗪蜔崃W(xué)有關(guān)的現(xiàn)象，只是我們經(jīng)常是不會去用學(xué)過的知識很好的聯(lián)系和分析它。比如家里用的空調(diào)，熱水器，抽水泵，高壓鍋等等，都是我們身邊很輕易就可以看到的例子。高壓鍋，大家并不陌生，現(xiàn)在還有很多家庭用來燒飯用的，我們來了解一下它工作時候的一些原理。剛開始高壓鍋里面主要含有水和對應(yīng)的食物，主要的變化過程是水和水蒸氣的變化，密封高壓鍋里面的水經(jīng)加熱慢慢

6、達(dá)到對應(yīng)的溫度壓力下的飽和水，這個過程為預(yù)熱階段，所吸收的熱量稱為液體熱。繼續(xù)加熱處于濕蒸汽狀態(tài)，在此過程中對應(yīng)的溫度壓力不變，稱為飽和壓力和飽和溫度，一直到高壓鍋里面的水加熱成干飽和蒸汽，這個過程稱為氣化階段，所吸收的熱量稱為汽化潛熱。繼續(xù)對干飽和蒸汽加熱，達(dá)到過熱狀態(tài)，即得到過熱蒸汽。這主要是高壓鍋內(nèi)部水和水蒸氣的變化情況。接著從過路內(nèi)部壓力和外部壓力來分析高壓鍋氣閥工作情況。每個高壓鍋都有對應(yīng)的工作壓力和壓力釋放閥動作值，一般高壓鍋工作壓力在 80kpa 左右，壓力釋放閥動作值在 120kpa 左右，也就是説過熱蒸汽繼續(xù)加熱到，壓力閥外部壓力和重力之和與內(nèi)部氣體的壓力相平衡的時候就會將壓

7、力閥間歇性的頂起來，在內(nèi)外壓力差變化的時候內(nèi)部高溫高壓蒸汽不斷地派出去，里面的蒸汽比容將會隨著時間的加長增大，里面的食物主要是靠著一定時間的高溫高壓蒸汽的作用煮爛煮熟?？照{(diào)也是我們生活中隨處可見的制冷制熱器。它主要是利用工質(zhì)在壓縮膨脹過程中吸熱放熱來實(shí)現(xiàn)制冷制熱的?？照{(diào)制冷原理空調(diào)器通電后，制冷系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的低壓蒸汽被壓縮機(jī)吸入并壓縮為高壓蒸汽后排至冷凝器。同時軸流風(fēng)扇吸入的室外空氣流經(jīng)冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高壓制冷劑蒸汽凝結(jié)為高壓液體。高壓液體經(jīng)過過濾器、節(jié)流機(jī)構(gòu)后噴入蒸發(fā)器，并在相應(yīng)的低壓下蒸發(fā)，吸取周圍的熱量。同時貫流風(fēng)扇使空氣不斷進(jìn)入蒸發(fā)器的肋片間進(jìn)行熱交換，并將放熱后變冷的

8、空氣送向室內(nèi)。如此室內(nèi)空氣不斷循環(huán)流動，達(dá)到降低溫度的目的。制熱工作原理熱泵制熱是利用制冷系統(tǒng)的壓縮冷凝器來加熱室內(nèi)空氣?？照{(diào)器在制冷工作時，低壓制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱而高溫高壓制冷劑在冷凝器內(nèi)放熱冷凝。熱泵制熱是通過電磁換向，將制冷系統(tǒng)的吸排氣管位置對換。原來制冷工作蒸發(fā)器的室內(nèi)盤管變成制熱時的冷凝器，這樣制冷系統(tǒng)在室外吸熱向室內(nèi)放熱，實(shí)現(xiàn)制熱的目的。4.4熱機(jī)熱機(jī)原理是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能再轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器動力機(jī)械的一類, 如蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)等。熱機(jī)通常以氣體作為工質(zhì)（傳遞能量的媒介物質(zhì)叫工質(zhì)）利用氣體受熱膨脹對外做功。熱能的來源主要有燃料燃燒產(chǎn)生的

9、熱能、原子能、太陽能和地?zé)岬取?nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋中有進(jìn)氣道和排氣道內(nèi)裝進(jìn)、排氣門。新鮮充量( 即空氣或空氣與燃料的可燃混合氣) 經(jīng)空氣濾清器、進(jìn)氣管、進(jìn)氣道和進(jìn)氣門充入氣缸。膨脹后的燃?xì)饨?jīng)排氣門、排氣道和排氣管 最后經(jīng)排氣消聲器排入大氣。進(jìn)、排氣門的開啟和關(guān)閉是由凸輪軸上的進(jìn)、排氣凸輪 通過挺柱、推桿、搖臂和氣門彈簧等傳動件分別加以控制的 這一套機(jī)件稱為內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)。通常由空氣濾清器、進(jìn)氣管、排氣管和排氣消聲器組成進(jìn)排氣系統(tǒng)。為了向氣缸內(nèi)供入燃料內(nèi)燃機(jī)均設(shè)有供油系統(tǒng)。汽油機(jī)通過安裝在進(jìn)氣管入口端的化油器將空氣與汽油按一定比例 ( 空燃比 ) 混合然后經(jīng)進(jìn)氣管供入氣缸由汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)控制的電火

10、花定時點(diǎn)燃。柴油機(jī)的燃油則通過柴油機(jī)噴油系統(tǒng)噴入燃燒室在高溫高壓下自行著火燃燒。內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的燃料燃燒使活塞、氣缸套、氣缸蓋和氣門等零件受熱溫度升高。為了保證內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)上述零件必須在許可的溫度下工作不致因過熱而損壞所以必須備有冷卻系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)不能從停車狀態(tài)自行轉(zhuǎn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 必須由外力轉(zhuǎn)動曲軸使之起動。這種產(chǎn)生外力的裝置稱為起動裝置。常用的有電起動、壓縮空氣起動、汽油機(jī)起動和人力起動等方式。4.5結(jié)論很多人在報(bào)紙、網(wǎng)絡(luò)上了解到了很多核技術(shù)和宇宙起源等物理理論 卻對生活中的物理現(xiàn)象知之甚少。而熱力學(xué)是與我們的日常生活密切相關(guān)的。學(xué)好熱工學(xué)不僅僅代表著我們要認(rèn)真學(xué)習(xí)課本中的知識。更在于我們能從生活中一些習(xí)以為常的現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律學(xué)習(xí)到物理理論。5. 參考文獻(xiàn)1 陳黟、吳味隆 . 熱力學(xué) . 高等教育出版社， 2013.72 傅秦生 . 能量系統(tǒng)的熱力學(xué)分析方法（第一版） . 陜西：西安交通大學(xué)出版社， 2005.73 李銳峰 . 試析熱力學(xué)第二定律的革命意義. 中國期刊網(wǎng). 科學(xué)技術(shù)與辯證法 ,Vol.16,No3Jun