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(dòng)化 年級(jí)學(xué)號(hào)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(shí) 數(shù)量的關(guān)系。熱力學(xué)第二定律從質(zhì)量上說(shuō)明熱能與機(jī)械能之間的差 別，指由能量轉(zhuǎn)換是時(shí)條件和方向性。在工程上它們都有很強(qiáng)的指2 .關(guān)鍵字：熱力學(xué) 生活應(yīng)用

2、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(dòng)力。熱機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展推動(dòng)了社會(huì)的快速發(fā)展 也不可避免地?fù)p失部分能量并對(duì)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)。它指由熱是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式，并表明， 一個(gè)體系內(nèi)能增加的量值 E （二E末-E初）等于這一體系所吸收的 熱量Q與外界對(duì)它所做的功之和，可表示為E= W Qo ?對(duì)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(chǎng) 的能量等）的變化，而所作的功是各

3、種形式的功，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(gè)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(shí)熱力學(xué)第一定律也可表述為：第一類永動(dòng)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(gè)初始的力量就可使其運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，之后不再需要任何動(dòng)力和燃料，卻能自動(dòng)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(dòng)機(jī)的可能性問(wèn)題展開(kāi)激烈的討論，這種不需要外界提供能量的永動(dòng)機(jī)稱為“第一類永動(dòng)機(jī)”。根據(jù)熱力學(xué)第一定律這種裝置顯然無(wú)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

4、基本定律。它是關(guān)于在有限空間和時(shí)間內(nèi)，一切和熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理、化學(xué)過(guò)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(guò)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(dòng)，氣體的擴(kuò)散與混合，其反向自行發(fā)生的過(guò)程雖然沒(méi)有違反第一定律，卻從來(lái)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)，可見(jiàn)除了第一定律外，必定還有其他的定則在限制這些過(guò)程的發(fā)生方 x 向。熱力學(xué)第二定律對(duì)工程實(shí)踐有著重要的指導(dǎo)意義。例如：有些簡(jiǎn)單過(guò)程進(jìn)行的方向很容易看出來(lái)，但是很多比較復(fù)雜的過(guò)程，如一些化學(xué)反應(yīng)，要直接預(yù)測(cè)它們進(jìn)行的方向是很困難的。這時(shí)可以通過(guò)計(jì)算孤立系的熵的變化來(lái)預(yù)測(cè)；熱力學(xué)第二定律揭示了一切實(shí)際過(guò)程都具

5、有不可逆性。從能量利用的角度來(lái)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(wú)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(lái)自生活。其實(shí)我們身邊經(jīng)常可以看到很多和熱力學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象，只是我們經(jīng)常是不會(huì)去用學(xué)過(guò)的知識(shí)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(lái)燒飯用的，我們來(lái)了解一下它工作時(shí)候的一些原理。 ?剛開(kāi)始高壓鍋里面主要含有水和對(duì)應(yīng)的食物，主要的變化過(guò)程是水和水蒸氣的變化，密封高壓

6、鍋里面的水經(jīng)加熱慢慢達(dá)到對(duì)應(yīng)的溫度壓力下的飽和水，這個(gè)過(guò)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(guò)程中對(duì)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(gè)過(guò)程稱為氣化階段，所吸收的熱量稱為汽化潛熱。繼續(xù)對(duì)干飽和蒸汽加熱，達(dá)到過(guò)熱狀態(tài)，即得到過(guò)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(guò)路內(nèi)部壓力和外部壓力來(lái)分析高壓鍋氣閥工作情況。每個(gè)高壓鍋都有對(duì)應(yīng)的工作壓力和壓力釋放閥動(dòng)作值，一般高壓鍋工作壓力在80kpa 左右，壓力釋放閥動(dòng)作值在 120kpa 左右，也就是脫過(guò)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

7、力相平衡的時(shí)候就會(huì)將壓力閥間歇性的頂起來(lái)，在內(nèi)外壓力差變化的時(shí)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(huì)隨著時(shí)間的加長(zhǎng)增大，里面的食物主要是靠著一定時(shí)間的高溫高壓蒸汽的作用煮爛煮熟。 ?空調(diào)也是我們生活中隨處可見(jiàn)的制冷制熱器。它主要是利用工質(zhì)在壓縮膨脹過(guò)程中吸熱放熱來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷制熱的。 ?空調(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(shí)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(guò)過(guò)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(shí)貫流風(fēng)扇使空氣不斷進(jìn)入蒸發(fā)器的肋

8、片間進(jìn)行熱交換，并將放熱后變冷的空氣送向室內(nèi)。如此室內(nèi)空氣不斷循環(huán)流動(dòng)，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(lái)加熱室內(nèi)空氣?？照{(diào)器在制冷工作時(shí)，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(guò)電磁換向，將制冷系統(tǒng)的吸排氣管位置對(duì)換。原來(lái)制冷工作蒸發(fā)器的室內(nèi)盤(pán)管變成制熱時(shí)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(dòng)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(dòng)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

9、脹對(duì)外做功。熱能的來(lái)源主要有燃料燃燒產(chǎn)生的熱 能、原子能、太陽(yáng)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(mén)。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(mén)充入氣缸。膨脹后的燃?xì)饨?jīng)排氣門(mén)、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(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉是由凸輪 軸上的進(jìn)、排氣凸輪通過(guò)挺柱、推桿、搖臂和氣門(mén)彈簧等傳動(dòng)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(guò)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

10、入氣缸由汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)控制的電火花定時(shí)點(diǎn)燃。柴油機(jī)的燃油則通過(guò)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(mén)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(guò)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(dòng)曲軸 使之起動(dòng)。這種產(chǎn)生外力的裝置稱為起動(dòng)裝置。常用的 有電起動(dòng)、壓縮空氣起動(dòng)、汽油機(jī)起動(dòng)和人力起動(dòng)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(duì)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(shí)。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陳夥、吳味隆.熱力學(xué).高等教育由版社，2013.7?2 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， 2005.7?3 李銳峰 . 試析熱力學(xué)第二定律的革命意義 . 中國(guó)期刊網(wǎng) . 科學(xué)技術(shù)與辯證法 ,Vol.16,No3?Ju