熱機效率的實際應(yīng)用-物理教案

第頁共頁熱機效率的實際應(yīng)用——物理教案物理教案I.教學(xué)目標(biāo)理解熱機的基本概念和熱機效率的定義。掌握熱機效率的計算公式以及相關(guān)問題。掌握熱機效率在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。學(xué)會通過實驗測定熱機效率。II.教學(xué)重點和難點熱機效率的定義和計算公式。熱機效率在實際應(yīng)用中的講解。熱機效率實驗的設(shè)置和測量方法。III.教學(xué)內(nèi)容熱機效率的基本概念熱機是一種將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。所有的熱機必須由熱源、工質(zhì)和冷源組成。熱機效率是反映熱機輸出功率與輸入熱量之比的量。熱機效率通常用η表示，其定義為：η=W/Q1(1)其中，W表示由熱機輸出的功，Q1表示由熱源向熱機輸入的熱量。熱機效率的計算公式熱機效率的計算公式可以通過熱力學(xué)第一定律和第二定律得到：由熱力學(xué)第一定律，可得：Q1-Q2=W(2)其中，Q1表示由熱源向熱機輸入的熱量，Q2表示由熱機向冷源排出的熱量。由熱力學(xué)第二定律，可得：Q1/Q2>T1/T2(3)其中，T1和T2分別表示熱源和冷源的溫度。將式(3)代入式(2)可得：W/Q1<1-T2/T1(4)根據(jù)式(1)可得：η=W/Q1<1-T2/T1(5)由此可得，熱機效率η的最大值為1-T2/T1。這意味著如果熱源和冷源的溫度之差越大，熱機效率就會越接近于最大值。熱機效率的實際應(yīng)用熱機效率在實際生產(chǎn)中有許多應(yīng)用。以下是一些例子：(1)蒸汽輪機蒸汽輪機是一種通過熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。在蒸汽輪機中，蒸汽被用于推動輪子轉(zhuǎn)動，以提供機械能。在這個過程中，蒸汽從熱源（通常是燃煤爐）中轉(zhuǎn)移熱量，然后排出至空氣中。蒸汽輪機的熱機效率通常非常高，可以達到40%~50%。(2)內(nèi)燃機內(nèi)燃機是一種通過熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。在內(nèi)燃機中，燃料和氧氣在燃燒室中混合燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，然后通過活塞向外推動氣缸，提供機械能。在這個過程中，燃料的化學(xué)能被轉(zhuǎn)化為熱能，然后轉(zhuǎn)化為機械能。內(nèi)燃機的熱機效率通常在20%~40%之間。(3)太陽能太陽能是一種以太陽熱能轉(zhuǎn)化為機械能或電能的技術(shù)。在太陽能發(fā)電中，太陽能通過光伏電池將光子轉(zhuǎn)化為電荷，然后通過電子管將電子流轉(zhuǎn)化為電壓，提供電能。在這個過程中，太陽能的熱能通過光伏電池轉(zhuǎn)化為電能。太陽能的熱機效率通常在10%~20%之間。熱機效率實驗本實驗將通過測量熱水器的溫度和重量來測量熱機效率。(1)實驗器材熱水器、天平、溫度計、熱水管。(2)實驗步驟稱量熱水器的重量。通過溫度計測量熱水器進入熱水的初始溫度T1和出水的溫度T2。將熱水器連接到水源和排水管道。打開水龍頭，充滿熱水器，直到水從排水管道中流出。打開熱水器，等待1小時。記下熱水器出水的重量。(3)實驗結(jié)果分析根據(jù)熱機效率的計算公式，可以計算熱機效率η。由熱力學(xué)第一定律，可得：Q1-Q2=W其中，Q1表示熱水器輸入的熱量，Q2表示熱水器外界放出的熱量。由于熱水器在實驗過程中經(jīng)過一定時間的損耗（Q2），因此只能發(fā)揮一部分的熱力，即Q1-Q2=W，其中，W表示實驗測得的輸出功。實驗中，熱水器輸入的熱量為：Q1=mCp(T2-T1)其中，m表示熱水器的質(zhì)量，Cp表示熱水器的比熱容，T1和T2表示進水和出水的溫度。將Q1代入式(1)可得：η=W/Q1將W和Q1注入，可得到最終計算結(jié)果。IV.教