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物理考编知识点(三)——热力学定律和能量守恒定律
时间:2017-02-05 作者:师出教育 点击:
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一、热力学第一定律

一个热力学系统的内能的增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和,即

△U=Q+W。


二、能量守恒定律

能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。


三、热力学第二定律

1.热力学第二定律的一种表述 : 热量不会自发地从低温物体传到高温物体。

2.热力学第二定律的另一种表述:不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响,即第二类永动机不可能制成。

这两种表述是等价的,可以从一种表述导出另一种表述,所以它们都称为热力学第二定律。热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性。热力学第二定律向人们指出了实际宏观过程进行的条件和方向,其实质在于指出“一切热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的”,是一个能够反映过程进行方向的规律。


四、热机 

1.热机

热机是将内能转化为机械能的机器,如内燃机、蒸汽机、燃气轮机、燃气涡轮等。热机工作的时候,先是燃料燃烧,生成高温高压的水蒸气或燃气,再使水蒸气或燃气推动活塞或叶轮而做功。


2.热机的效率 : 热机中用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。热机的效率是热机性能的重要指标。η= W/Q ,其中W见为有用功。

3.内燃机

内燃机的工作原理是利用燃料在气缸内燃烧产生热量,通过气体受热膨胀推动活塞移动,再经过连杆传递到曲轴使其旋转做功。

内燃机的一个工作循环,由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成,活塞往复运动两周,同时曲轴也旋转两周,燃气对活塞做功一次。在压缩冲程中是机械能转化为内能,在做功冲程中是内能转化为机械能。


4.汽轮机

汽轮机是一种利用高压、高温蒸汽的内能做功的动力机。蒸汽机的基本工作单元称为“级”,由固定在外壳上的导流叶片(静叶)和与固定在机轴上的叶轮(动叶)组成。高速蒸汽流通过静叶后射在动叶上,两者之间相互作用,叶片受到气流的作用力而使叶轮旋转。汽轮机有多优点,转速大,转动平稳,重量轻,占地少;也有缺点,它的速度不能做较大改变。


五、制冷机的原理

压缩机是制冷系统的心脏,它从吸气管吸人低温低压的制冷剂气体,通过电机运转带动活塞对其进行压缩后,向排气管排出高温高压的制冷剂气体,为制冷循环提供动力,从而实现压缩—冷凝—膨胀―蒸发(吸热)的制冷循环。


1.电冰箱

电冰箱由箱体、制冷系统、控制系统和附件构成。在制冷系统中,主要有压缩机、冷凝器、蒸发器和毛细节流管四部分,组成一个封闭的循环系统。系统里充灌“氟利昂12(R12)”作为制冷剂。R12 在蒸发器中由低压液体汽化为气体,吸收冰箱内的热量,使箱内温度降低;气态的R12被压缩机吸人,靠压缩机做功把它压缩成高温高压的气体,再排入冷凝器;在冷凝器中不断向周围空间放热,逐步凝结成液体,这些高压液体必须流经毛细管,节流降压才能缓慢流入蒸发器,维持在蒸发器里继续不断地汽化,吸热降温。就这样,电冰箱利用电能做功,借助制冷剂的物态变化,把箱内蒸发器周围的热量搬运到冷凝器里放出去,从而达到循环制冷的目的。


2.空调机

空调机从实现制冷设备的角度上有四个部分:压缩机、冷凝 器、节流装置、蒸发器。空调工作时,制冷系统内的低压、低温制冷剂蒸汽被压缩机吸入,经压缩变为高温高压的热蒸汽后排至冷凝器,同时,室外侧风扇吸入的室外空气流经冷凝器带走制冷剂放出热量,使高压、髙温的制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过节流毛细管降压降温流入蒸发器,并在相应的低压下蒸发,吸收周围热量,同时室内侧风扇使室内空气不断进入蒸发器的片间进行热交换,并将放热后变冷的气体送至室内。就这样室内外空气不断循环流动,达到降低温度的目的。


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