PASCO物理组合实验系列 热效率组合实验 乔卫平编译 0 PASCO scientific 冠 Model TD-8564 © THERMAL EFFICIENCY APPARATUS c99H9 HEATER Cold Hot Reservoir Reservoir Q ORO洲-O-O 人9 THERMISTOR TA。 Heat W Engine 1
PASCO 物理组合实验系列 热效率组合实验 乔卫平编译 1
上海交通大学物理实验中心 2
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热效率组合实验 这台热效率仪既可用作热机，又可用作热泵。当用作热机时，以热源取出的热 量被用来形成电流，通过一个负载电阻做功。热机效率的实验值可与理论值做比较。 此仪器的核心是一个热电转换器，叫做Peltier仪。为了获得无限热源与冷源， 一端必须接在冰水中，另一端用一个发热电 阻供热。 Cold 辅助仪器：一个DC电源(2.5A,12V, Hot G) SF9584),一个欧姆表，一个电流表(3A), 2个电压表，若干导线及3kg冰及一桶冰水。 核心原理：温差效应是当两种不同金属 连结，又将两端放入不同温度时产生电动势。 n 而此仪器利用了温差效应。当如图1所示两 ●opper 种不同半导体两端浸入不同温度时，在半导 体中产生电流，通过负载电阻做功。 Figure 1:Arrangement of Thermocouples 实验原理 1热机 在本实验中，负载电阻所做的功作为焦耳热散失。实际效率 W Piv l= On PH 其中Qu=W+Qc,P=Pw+Pc。 卡诺热机效率 TH-Tc Ta 卡诺热机是在忽略摩擦、热传导、热辐射和焦耳热散失情况下效率最高的热机。 调整效率：计入任何可能的能量损失，则实际效率会更接近卡诺效率，说明热机效率 不可能为100%。 2热泵 热泵是利用外界做功，把热量从低温源送到高温热源。 实际致冷系数 K=COP= Pc Pw 最大致冷系数：Kma= TH-To 调整致冷系数：考虑热损失后，实际致冷系数趋于最大致冷系数。 实验测量 3
热效率组合实验 这台热效率仪既可用作热机，又可用作热泵。当用作热机时，以热源取出的热 量被用来形成电流，通过一个负载电阻做功。热机效率的实验值可与理论值做比较。 此仪器的核心是一个热电转换器，叫做 Peltier 仪。为了获得无限热源与冷源， 一端必须接在冰水中，另一端用一个发热电 阻供热。 辅助仪器：一个 DC 电源（2.5A，12V， SF-9584），一个欧姆表，一个电流表（3A）， 2 个电压表，若干导线及 3kg 冰及一桶冰水。 核心原理：温差效应是当两种不同金属 连结，又将两端放入不同温度时产生电动势。 而此仪器利用了温差效应。当如图 1 所示两 种不同半导体两端浸入不同温度时，在半导 体中产生电流，通过负载电阻做功。 实验原理 ⒈热机 在本实验中，负载电阻所做的功作为焦耳热散失。实际效率 QH W l = H W P P = 其中QH=W+QC，PH=PW+PC。 卡诺热机效率 H CH cawnot T − TT l = 卡诺热机是在忽略摩擦、热传导、热辐射和焦耳热散失情况下效率最高的热机。 调整效率：计入任何可能的能量损失，则实际效率会更接近卡诺效率，说明热机效率 不可能为 100%。 ⒉热泵 热泵是利用外界做功，把热量从低温源送到高温热源。 实际致冷系数 K=COP= W C P P 最大致冷系数：Kmax= CH C TT T − 调整致冷系数：考虑热损失后，实际致冷系数趋于最大致冷系数。 实验测量 3
能直接测量的量有三个：温度，输入热源功率，负载功率。 1.温度 如图4中，开关拨向左边读冷源温度， Ohmmete 右边读热源温度。读出的是热敏电阻阻值， 9V Power 可对照表格查出温度。 Supply In Q亚 2热源功率 P=lh·UH 因内阻变化，必须测出I与U,缺一不 Out OOOO 可。 3.负载功率 U2 Pw=p R Figure 4:Thermal Efficiency Apparatus 负载电阻误差1%，且不随温度改变。 当作热泵时，不用负载电阻，故输入功率为 Pw=IwUw 不能直接测量，但在调整中要用的量有内阻、散热与冷源被抽走的热量。 ①内阻 按图6接线，在有负载情况下得 K-Rr-,=0 其中V,为负载两端电压，R为所选负载电阻。 Conducted Power Supply Figure 6:Heat Engine With A Load 同样条件下按图7接线，在无负载情况下，读出负两端电压为Vs,于是
能直接测量的量有三个：温度，输入热源功率，负载功率。 ⒈温度 如图 4 中，开关拨向左边读冷源温度， 右边读热源温度。读出的是热敏电阻阻值， 可对照表格查出温度。 ⒉热源功率 PH=IH·UH 因内阻变化，必须测出 I 与 U，缺一不 可。 ⒊负载功率 R U PW 2 = 负载电阻误差 1%，且不随温度改变。 当作热泵时，不用负载电阻，故输入功率为 PW=IWUW 不能直接测量，但在调整中要用的量有内阻、散热与冷源被抽走的热量。 ①内阻 按图 6 接线，在有负载情况下得 =−− 0)( W W S Vr R V V 其中VW为负载两端电压，R为所选负载电阻。 同样条件下按图 7 接线，在无负载情况下，读出负两端电压为VS，于是 4
Conducted P.(open) Power Supply Figure 7:No Load ②散热 假设热辐射与热传导在工作与不工作时一样，则散热即为高温热源不工作时向低温热 源提供的能量，即PH(开路)。 ③冷源被抽走的热量 可以用热源吸收的数量减去做功求得。 热源在不同温差时向冷源传热可以自己测量后制成一张表。由于保持热源恒温 时能量守恒，可以通过测量无负载时的热源输入功率求得此温差下的散热。 5
R V VV W WS )( − γ = ②散热 假设热辐射与热传导在工作与不工作时一样，则散热即为高温热源不工作时向低温热 源提供的能量，即PH（开路）。 ③冷源被抽走的热量 可以用热源吸收的数量减去做功求得。 热源在不同温差时向冷源传热可以自己测量后制成一张表。由于保持热源恒温 时能量守恒，可以通过测量无负载时的热源输入功率求得此温差下的散热。 5