設(shè)想有一種彈性流體,例如大氣,封閉在裝有活動隔板或活塞cd的圓柱形容器abcd中。
1.將A與容器 abcd中的空氣或與容器之壁接觸,假設(shè)此壁是熱質(zhì)的良導(dǎo)體。由于這一接觸,空氣得到與A相同的溫度。cd為活塞所處的位置。
2.活塞逐漸上升,直至取得ef的位置。保持空氣與A接觸,因此在空氣稀釋的過程中溫度保持恒定,物體A提供了保持恒溫所需的熱質(zhì)。
3.移開物體A,空氣不再與任何能夠提供熱質(zhì)的物體接觸,但活塞仍繼續(xù)移動,從位置ef達(dá)到位置gh,空氣未獲任何熱質(zhì)而稀釋,它的溫度下降了。假設(shè)下降到和物體B的溫度相等,這時活塞停止運動,占有位置gh。
4.將空氣與物體B接觸,活塞壓縮空氣由位置gh回復(fù)到cd。但由于仍與B接觸,空氣保持恒溫,并將熱質(zhì)交給物體B。
5.移開物體B,繼續(xù)壓縮空氣。由于空氣這時已被隔絕,溫度上升。壓縮一直繼續(xù)到空氣達(dá)到A的溫度。活塞在此期間從位置cd到了位置ik。
6.空氣再與 A接觸,活塞從位置ik回到位置 ef,溫度保持不變。
7.再重新進(jìn)行(3)中的步驟,以后相繼經(jīng)4、5、6、3、4、5、6、3、4、5……?!?/p>
是指熱機(jī)工作部分中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的熱量和工質(zhì)從發(fā)熱器得到的熱量的比。如果用ηt表示,則有ηt=W/ Q1=( Q1-Q2) / Q1=1- Q2/ Q1。
從式中很明顯地看出Q1越大,Q2越小,熱效率越高,這是熱機(jī)效率中的主要部分,它表明了熱機(jī)中熱量的利用程度。
熱機(jī)的機(jī)械效率是指推動機(jī)軸做功所需的熱量和熱機(jī)工作過程中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的熱量的比,如果用ηm表示,則有ηm=Q3/(Q1-Q2)等。
熱機(jī)效率公式應(yīng)為η=Q有/Q放×100%
是指工質(zhì)從發(fā)熱器得到的熱量和燃料燃燒時放出熱量的比。如果用ηC表示,燃料燃燒效率可寫成ηC=Q1/Q。
國鴻儀器的電腦伺服式拉壓力試驗機(jī)采用電腦軟件編好程序,測試橡膠彈性系數(shù),執(zhí)行測試后自動獲得結(jié)果,如果機(jī)器的結(jié)構(gòu)不夠好,彈性系數(shù)可能因為拉壓力試驗機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)變形而出現(xiàn)偏差。選擇拉壓力試驗機(jī)時,不能因為...
熱塑性彈性體(thermoplastic elastomer,TPE)的定義為:在常溫下顯示橡膠彈性,在高溫下能夠塑化成型的高分子材料。因此,這類聚合物兼有熱塑性橡膠和熱塑性塑料的某些特點。熱塑性彈性...
1、可以,萬能試驗機(jī)工藝試驗用試驗機(jī):包括杯突試驗機(jī)、彈簧試驗機(jī)、彎曲試驗機(jī)和線材扭轉(zhuǎn)試驗機(jī),彈簧試驗機(jī)可以用來做彈性模量測試2、萬能試驗機(jī)也叫萬能材料試驗機(jī),或拉力機(jī),雙絲桿系列,控制、測量、操作一...
卡諾效率(Carnot Efficiency) = 1-
Tc 代表卡諾熱機(jī)低溫端(環(huán)境)的絕對溫度值、Th 代表熱機(jī)高溫端工質(zhì)(氣體)的絕對溫度值;由此計算得知:假如高溫端工質(zhì)絕對溫度Th在1000K(727℃)、低溫端(環(huán)境)絕對溫度Tc在300K(27℃)時,卡諾熱機(jī)的最大熱功轉(zhuǎn)換效率是1-Tc/Th=70%
卡諾選取的理想循環(huán)是由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成的;等溫膨脹時吸熱,等溫壓縮時放熱,空氣經(jīng)過一個循環(huán),可以對外作功。
卡諾由這個循環(huán)出發(fā),提出了一個普遍的命題:“熱的動力與用于實現(xiàn)動力的工作物質(zhì)無關(guān);動力的量只取決于熱質(zhì)在其間轉(zhuǎn)移的兩物體的溫度。”
卡諾根據(jù)熱質(zhì)守恒的假設(shè)和永動機(jī)不可能實現(xiàn)的經(jīng)驗總結(jié),經(jīng)過邏輯推理,證明他的理想循環(huán)獲得了最高的效率。他寫道:“如果有任何一種使用熱的方法,優(yōu)于我們所使用的,即如有可能用任何一種過程,使熱質(zhì)比上述操作順序產(chǎn)生更多的動力,那就有可能使動力的一部分轉(zhuǎn)化于使熱質(zhì)從物體B送回到物體A,即從冷凝器回到熱源,于是就可以使?fàn)顟B(tài)復(fù)原,重新開始第一道操作及其后的步驟,這就不僅造成了永恒運動,甚至還可以無限地創(chuàng)造出動力而不消耗熱質(zhì)或任何其他工作物質(zhì)。這樣的創(chuàng)造與公認(rèn)的思想,與力學(xué)定律以及與正常的物理學(xué)完全矛盾,因而是不可取的。所以由此可得結(jié)論:用蒸汽獲得的最大動力也是用任何其他手段得到的最大動力?!?/p>
這就是卡諾定理的最初表述。用現(xiàn)代詞匯來講就是:熱機(jī)必須工作在兩個熱源之間,熱機(jī)的效率僅僅決定于兩個熱源的溫度差,而與工作物質(zhì)無關(guān),在兩個固定熱源之間工作的所有熱機(jī),以可逆機(jī)效率最高。
不過,由于卡諾信奉熱質(zhì)說,他的結(jié)論包含有不正確的成份。例如:他將蒸汽機(jī)比擬為水輪機(jī),熱質(zhì)比擬為流水,熱質(zhì)從高溫流向低溫,總量不變。他寫道:“我們可以足夠確切地把熱的動力比之于瀑布。瀑布的動力取決于其高度和液體的量;而熱的動力則取決于所用熱質(zhì)的量以及熱質(zhì)的‘下落高度’,即交換熱質(zhì)的兩物體之間的溫度差?!?/p>
卡諾就這樣把熱質(zhì)的轉(zhuǎn)移和機(jī)械功聯(lián)系了起來。由于他缺乏熱功轉(zhuǎn)化的思想,因此,對于熱力學(xué)第二定律,“他差不多已經(jīng)探究到問題的底蘊(yùn)。阻礙他完全解決這個問題的,并不是事實材料的不足,而只是一個先入為主的錯誤理論。”(恩格斯:《自然辯證法》)
卡諾在1832年6月先得了猩紅熱和腦膜炎8月24日又患流行性霍亂去世,年僅36歲。上節(jié)所述的他遺留下的手稿表明他后來也轉(zhuǎn)向了熱的唯動說,并預(yù)言了熱功之間的當(dāng)量關(guān)系和熱的分子運動論。可惜,手稿直至1878年才發(fā)表,因而對熱學(xué)的發(fā)展沒有起到應(yīng)有的作用。
法國數(shù)學(xué)家和工程學(xué)家薩迪·卡諾的父親拉札爾·卡諾(Lazre Nico-las Carnot,1753—1823)率先研究了這類問題,在他的著作中討論了各種機(jī)械的效率,隱諱地提出這樣一個觀念:設(shè)計低劣的機(jī)器往往有“丟失”或“浪費”。當(dāng)時,在水力學(xué)中有一條卡諾原理,就是拉札爾·卡諾提出的,說的是效率最大的條件是傳送動力時不出現(xiàn)振動和湍流,這實際上反映了能量守恒的普遍規(guī)律。他的研究對他的兒子有深刻影響。
1824年薩迪·卡諾發(fā)表了著名論文《關(guān)于火的動力及適于發(fā)展這一動力的機(jī)器的思考》,提出了在熱機(jī)理論中有重要地位的卡諾定理,這個定理后來成了熱力學(xué)第二定律的先導(dǎo)。他寫道①:
“為了以最普遍的形式來考慮熱產(chǎn)生運動的原理,就必須撇開任何的機(jī)構(gòu)或任何特殊的工作物質(zhì)來進(jìn)行考慮,就必須不僅建立蒸汽機(jī)原理,而且要建立所有假想的熱機(jī)的原理,不論在這種熱機(jī)里用的是什么工作物質(zhì),也不論以什么方法來運轉(zhuǎn)它們?!?/p>
卡諾取最普遍的形式進(jìn)行研究的方法,充分體現(xiàn)了熱力學(xué)的精髓。他撇開一切次要因素,徑直選取一個理想循環(huán),由此建立熱量和其轉(zhuǎn)移過程中所作功之間的理論聯(lián)系。
他首先作了如下假設(shè):“設(shè)想兩個物體A與B,各保持于恒溫,A的溫度高于B;兩者不論取出熱或獲得熱,均不引起溫度變化,其作用就象是兩個無限大的熱質(zhì)之庫。我們稱A為熱源,稱B為冷凝器?!?/p>
轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃扛剂先紵龝r放出的熱量的比叫做熱機(jī)的效率,也叫熱機(jī)的有效效率。通常用百分?jǐn)?shù)來表示。
①凡是能夠利用燃料燃燒時放出的能來做機(jī)械功的機(jī)器就叫做熱機(jī)。
②熱機(jī)在工作過程中,發(fā)熱器(高溫?zé)嵩?里的燃料燃燒時放出的熱量并沒有全部被工作物質(zhì)(工質(zhì))所吸收,而工質(zhì)從發(fā)熱器所得到的那部分熱量也只有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功,其余部分隨工質(zhì)排出,傳給冷凝器(低溫?zé)嵩?。工質(zhì)所作的機(jī)械功中還有一部分因克服機(jī)件摩擦而損失。根據(jù)熱機(jī)的工作特點,下面對熱機(jī)中熱量的利用和損耗情況作說明。
以蒸汽輪機(jī)為例,蒸汽對汽輪膨脹做功的同時,汽輪對蒸汽產(chǎn)生一個反作用力使其壓縮,不能完全做功,由于這對作用力大小相等,且壓縮的膨脹能又等于蒸汽冷卻釋放的熱量,即w脹=w縮=q放,也就是說這三者各占總能量的三分之一,這就是蒸汽輪機(jī)效率只有30%的原因,也是熱電廠只有60%的原因,而壓縮的30%的能量白白釋放掉了。
蒸汽機(jī)百分之4~百分之8
蒸汽輪機(jī)百分之25~百分之30
燃?xì)廨啓C(jī) 百分之50~百分之60
汽油機(jī)百分之26~百分之45
柴油機(jī) 百分之34~百分之45
噴氣發(fā)動機(jī)百分之50~百分之60
熱機(jī)的效率是熱機(jī)問世以來科學(xué)家、發(fā)明家和工程師們一直研究的重要問題。內(nèi)燃機(jī)和噴氣機(jī)跟最初的蒸汽機(jī)相比,效率雖然提高了很多,但從節(jié)約能源的要求來看,熱機(jī)的效率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿意。最好的空氣噴氣發(fā)動機(jī),在比較理想的情況下其效率也只有60%。用的最廣的內(nèi)燃機(jī),其效率最多只達(dá)到40%。大部分能量被浪費掉了。
1.保證活塞滑動靈活,并且密封性好
2.保證噴頭無損,噴霧均勻
3.連桿轉(zhuǎn)軸等處摩擦小
4.使用合適的燃料
5.對于不可避免的熱能損失,可以用來加熱水等其他用途 2100433B
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近年,地球物理技術(shù)逐步用于研究油藏,油層污染及評價修復(fù)程度和成功率,但對地層的彈性和電性與油及各種污染物的污染程度及性質(zhì)的關(guān)系了解甚少,在澳大利亞悉尼的Macquarie大學(xué)在室內(nèi)作了粗砂飽和三相流體的彈性及電性實驗,結(jié)果表明,彈性及電性隨不同流體飽和度變化在性質(zhì)可應(yīng)用到地球物理勘探資料的處理中,實驗室測量用空氣,脫氣水,柴油,海洋船用油及高粘重質(zhì)量原油飽和粗砂樣品的彈性及電性,彈性包括縱波速度,
1、凡是能夠利用燃料燃燒時放出的能來做機(jī)械功的機(jī)器就叫做熱機(jī)。
2、熱機(jī)在工作過程中,發(fā)熱器(高溫?zé)嵩?里的燃料燃燒時放出的熱量并沒有全部被工作物質(zhì)(工質(zhì))所吸收,而工質(zhì)從發(fā)熱器所得到的那部分熱量也只有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功,其余部分隨工質(zhì)排出,傳給冷凝器(低溫?zé)嵩?。工質(zhì)所作的機(jī)械功中還有一部分因克服機(jī)件摩擦而損失。根據(jù)熱機(jī)的工作特點,下面對熱機(jī)中熱量的利用和損耗情況作一說明。
是指工質(zhì)從發(fā)熱器得到的熱量和燃料燃燒時放出熱量的比,如果用ηC表示,燃料燃燒效率可寫成ηC=Q1/Q。
是指熱機(jī)工作部分中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的熱量和工質(zhì)從發(fā)熱器得到的熱量的比。如果用η表示,則有η=W/ Q1=( Q1-Q2) / Q1=1- Q2/ Q1。
從式中很明顯地看出Q1越大,Q2越小,熱效率越高,這是熱機(jī)效率中的主要部分,它表明了熱機(jī)中熱量的利用程度。
是指推動機(jī)軸做功所需的熱量和熱機(jī)工作過程中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的熱量的比,如果用ηm表示,則有ηm=Q3/(Q1-Q2)等,即η=Q有用/Q總。
熱機(jī)效率η=c×m×△t/mq
最近,受到量子信息發(fā)展的帶動以及實驗技術(shù)進(jìn)步的影響,量子力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)的一些基本問題重新受到物理學(xué)家的關(guān)注。量子熱機(jī)(Quantum Heat Engine)給人們研究這些問題提供了一個很好的平臺。顧名思義,量子熱機(jī)是以“量子物質(zhì)”為工作物質(zhì)對并外做功的熱機(jī)(見圖1)。
(詳細(xì)介紹見量子研究網(wǎng)站:http://quantum-study.com/article/859/20.html)
圖 1: 一個量子熱機(jī)的示意圖圖。從t = 0時刻到t=τ1 時刻,工作物質(zhì)(量子力學(xué)系統(tǒng))從高溫?zé)釒煳鼰?。從t = τ1 時刻到t=τ2 時刻,工作物質(zhì)向外膨脹,推動活塞對外做功。第三步(從t = τ2 時刻到t=τ3 時刻)是工作物質(zhì)向低溫?zé)釒灬尫哦嘤嗟臒崃康倪^程(冷凝過程)。第四步(從t = τ3 時刻到t=τ4 時刻)是外界對工作物質(zhì)做功,以使它回到第一步開始時的初態(tài)。在這里第三步和第四步幾乎是第一部和第二步的逆過程,只是熱庫的溫度不同。
由于工作物質(zhì)的量子屬性,量子熱機(jī)有很多不一般的性質(zhì)。量子熱機(jī)的工作物質(zhì)的量子性成為一個備受關(guān)注的新的研究熱點。人們試圖從實驗上去驗證一些有別于傳統(tǒng)熱力學(xué)理論的新現(xiàn)象,新結(jié)論。在理論研究上上,一些超越人們傳統(tǒng)觀念的新奇的結(jié)論陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。比如,在一定條件下,量子熱機(jī)在每個循環(huán)過程中的對外做功量可以超過與它相應(yīng)的經(jīng)典熱機(jī),而且量子熱機(jī)的效率也可以超越經(jīng)典熱機(jī)的效率上限-經(jīng)典卡諾熱極的效率。量子熱機(jī)不僅是研究量子力學(xué)和熱力學(xué)的關(guān)系的很好模型,而且是研究量子退相干問題的很好模型,它還能很好的體現(xiàn)量子和經(jīng)典熱力學(xué)系統(tǒng)的差異,幫助我們理解熱力學(xué)過程中的量子-經(jīng)典過渡的問題。下面以量子卡諾熱機(jī)為例做介紹。
經(jīng)典卡諾熱機(jī)是一種一種非常典型的熱機(jī)。它的每個循環(huán)的四個沖程的熱力學(xué)性質(zhì)都非常清楚,而且它代表了一類普適的可逆熱機(jī)的物理機(jī)制。現(xiàn)在人們關(guān)于量子熱機(jī)的研究大多集中在對經(jīng)典卡諾熱機(jī)的量子力學(xué)推廣方面,也就是對量子卡諾熱機(jī)有關(guān)方面的研究。
圖 2: (A):一個基于二能級量子系統(tǒng)的量子卡諾熱機(jī)循環(huán)的示意圖。 Δ是二能級系統(tǒng)的能級差, Pe是系統(tǒng)在激發(fā)態(tài)上的布居數(shù)。 A → B (C → D)是等溫膨脹(壓縮)的過程。在此過程中工作物質(zhì)和高(低)溫?zé)嵩幢3纸佑|。 B→C和D → A是兩個量子絕熱過程。 (B):以理想氣體作為工作物質(zhì)的一個經(jīng)典卡諾熱機(jī)循環(huán)的溫度-體積(PV )圖。 1 → 2 (3 →4)是對應(yīng)于溫度為Th (Tl)的經(jīng)典等溫膨脹(壓縮)過程。 2 → 3(4→ 1)是經(jīng)典的絕熱膨脹(壓縮)過程。 V2和V3是工作物質(zhì)在2和3時的體積。 (C):基于二能級的量子卡諾熱機(jī)循環(huán)的溫度-熵 (PS)圖。 (D):基于基于經(jīng)典理想氣體的經(jīng)典卡諾熱機(jī)循環(huán)的溫度-熵(PS)圖。 (C)和(D)兩個示意圖成了溝通量子和經(jīng)典卡諾循環(huán)之間的橋梁。
基于量子等溫過程研究構(gòu)造量子卡諾熱機(jī)循環(huán)所需的條件,和它的一些物理性質(zhì)。量子卡諾熱機(jī)(一個基于二能級系統(tǒng)的量子卡諾熱機(jī)循環(huán)的示意圖見圖2),如同與它對應(yīng)的經(jīng)典卡諾熱機(jī)一樣,由兩個(量子)等溫過程 (A → B及C →D)和兩個(量子)絕熱過程(B →C及D→ A) 構(gòu)成。在等溫膨脹過程A →B中,工作物質(zhì)-被束縛在勢阱中的一個粒子-始終與一個溫度為Th的熱源相接觸。工作物質(zhì)的能級改變的速度比系統(tǒng)的弛豫速度慢的多,以至于這個粒子一直與熱庫保持在熱平衡狀。在下面我們將分別考慮工作物質(zhì)為二能級和多能級兩種情形。
(詳細(xì)介紹見量子研究網(wǎng)站:http://quantum-study.com/article/859/20.html)