大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)

大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告院系名稱：勘察與測繪學(xué)院專業(yè)班級：資源1242姓名：王延平學(xué)號：1201431226斯特林熱機(jī)演示實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模撼醪搅私鉄釞C(jī)的工作原理以及熱機(jī)正向和逆向循環(huán)工作的用途。實(shí)驗(yàn)原理：斯特林熱機(jī)（StirlingEngine），是一種由外部供熱使氣體在不同溫度下作周期性壓縮和膨脹的封閉往復(fù)式發(fā)動機(jī)。它由蘇格蘭牧師斯特林提出。斯特林熱機(jī)采用封閉氣體進(jìn)行循環(huán)，工作氣體可以是空氣、氮?dú)?、氦氣等。如圖1所示，在熱機(jī)封閉的氣缸內(nèi)充有一定容積的工作氣體。汽缸一端為熱腔，另一端為冷腔。置換器活塞推動工作氣體在兩個(gè)端之間來回運(yùn)動，氣體在低溫冷腔中被壓縮，然后流到高溫?zé)崆恢醒杆偌訜幔蛎涀龉?。如此循環(huán)不休，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，對外做功。理論上，斯特林熱機(jī)的熱效率很高，其效率接近理論最大效率（稱為卡諾循環(huán)效率）。但二者又有所不同，前者由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等容過程構(gòu)成，如圖2所示。而后者由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程構(gòu)成。斯特林熱機(jī)屬于可逆熱機(jī)，既可用于制熱，又可用于制冷；既可將熱能機(jī)械能，又可將機(jī)械能熱能。如果用于制冷，則圖2中的四個(gè)熱力學(xué)循環(huán)將沿逆時(shí)針方向進(jìn)行。圖2斯特林熱機(jī)的四個(gè)循環(huán)過程圖1斯特林熱機(jī)下面結(jié)合循環(huán)圖（圖2）和活塞運(yùn)動圖（圖3），來詳細(xì)分析一下斯特林熱機(jī)的四個(gè)循環(huán)過程。一個(gè)裝有兩個(gè)對置活塞的氣缸，在兩個(gè)活塞之間設(shè)置一個(gè)回?zé)崞??？梢园鸦責(zé)崞髟O(shè)想成一塊交替放熱和吸熱的熱力海綿?；?zé)崞骱突钊g形成了兩個(gè)空間。一個(gè)稱為膨脹腔，使它保持高溫Tmax；另一個(gè)稱為壓縮腔，使它保持低溫Tmin。因此，在回?zé)崞鲀啥擞幸粋€(gè)溫度梯度Tmax-Tmin。假設(shè)回?zé)崞髟诳v向沒有熱傳導(dǎo)，與卡諾循環(huán)情況一樣，假設(shè)活塞在運(yùn)動中無摩擦，工作氣體在氣缸中無泄露損失。循環(huán)開始時(shí)，設(shè)壓縮腔活塞處于外止點(diǎn)，膨脹腔活塞處于內(nèi)止點(diǎn)并緊靠回?zé)崞鞫嗣?。這樣，全部工作氣體都處于冷的壓縮腔內(nèi)。因?yàn)榇藭r(shí)的容積為最大值，所以工作氣體的壓力和溫度都處于最小值，用圖2和圖3中的點(diǎn)1表示。在壓縮過程1~2，壓縮腔活塞向內(nèi)止點(diǎn)運(yùn)動，膨脹腔活塞保持不動，工作氣體在壓縮腔內(nèi)被壓縮，壓力增加。因?yàn)闊崃縌c已經(jīng)通過壓縮腔汽缸壁排放到環(huán)境中，故工作氣體的溫度保持不變。此過程中，工作物質(zhì)等溫冷卻收縮，熱量在Tmin溫度下從工作氣體傳遞給外部低溫?zé)嵩础Ｔ诨責(zé)徇^程2~3中，兩個(gè)活塞同時(shí)運(yùn)動，壓縮活塞繼續(xù)向回?zé)崞鬟\(yùn)動，而膨脹活塞遠(yuǎn)離回?zé)崞?，因此兩活塞間的容積保持不變。工作氣體通過回?zé)崞鲝膲嚎s腔轉(zhuǎn)移到膨脹腔。當(dāng)工作氣體通過回?zé)崞鲿r(shí)，被回?zé)崞髦械臒崃考訜?，溫度從Tmin上升到Tmax后流入膨脹腔。由于工作氣體通過回?zé)崞鲿r(shí)，是在等容條件下被逐漸提高溫度的，結(jié)果使壓力增加。此過程中，工作物質(zhì)等容吸熱升溫，熱量從回?zé)崞鱾鬟f給工作氣體。在等溫膨脹過程3~4中，膨脹腔活塞繼續(xù)朝背離回?zé)崞鞯姆较颍蛲庵裹c(diǎn)運(yùn)動，壓縮腔活塞則停留在內(nèi)止點(diǎn)并緊靠回?zé)崞?。在膨脹過程中，容積增大，壓力降低。由于從外熱源向系統(tǒng)加入熱量QE，工作氣體溫度保持不變。此過程中，工作物質(zhì)等溫吸熱膨脹，熱量在Tmax溫度下從外部熱源傳遞給工作氣體。循環(huán)的最后一個(gè)過程4~1也是回?zé)徇^程。在此期間，兩活塞同時(shí)運(yùn)動，保持容積不變，使工作氣體從膨脹腔通過回?zé)崞鞣祷氐綁嚎s腔。在通過回?zé)崞鲿r(shí)，熱量從工作氣體傳給回?zé)崞?，工作氣體溫度降低到Tmin并流入到壓縮腔。工作氣體在過程中釋放出的熱量將保存在回?zé)崞鲀?nèi)，直到下一個(gè)循環(huán)中的2~3過程，再傳遞給工作氣體。此過程中，工作物質(zhì)等容冷卻降溫，熱量從工作氣體傳遞給回?zé)崞?。圖3活塞運(yùn)動示意圖總的來說，理想斯特林熱機(jī)的熱力學(xué)循環(huán)就是：12過程，工作物質(zhì)等溫冷卻收縮。熱量在Tmin溫度下從工作氣體傳遞給外部低溫?zé)嵩础?3過程，工作物質(zhì)等容吸熱升溫。熱量從回?zé)崞鱾鬟f給工作氣體。34過程，工作物質(zhì)等溫吸熱膨脹。熱量在Tmax溫度下從外部熱源傳遞給工作氣體。41過程，工作物質(zhì)等容冷卻降溫。熱量從工作氣體傳遞給回?zé)崞?。?shí)驗(yàn)步驟：在燒杯中裝入開水。將斯特林熱機(jī)置于燒杯上，觀察斯特林熱機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：斯特林熱機(jī)開始轉(zhuǎn)動。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用：斯特林熱機(jī)是一種高效率的能量轉(zhuǎn)換裝置，相對于內(nèi)燃機(jī)燃料在氣缸內(nèi)燃燒的特點(diǎn)，斯特林熱機(jī)僅采用外部熱源，工作氣體不直接參與燃燒，因此又被稱為外燃機(jī)。只要外部熱源溫度足夠高，無論是使用太陽能、廢熱、核原料、生物能等在內(nèi)的任何熱源，都可使斯特林熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，既安全又清潔，故其在能源工程技術(shù)領(lǐng)域的研究興趣日益增加，極有可能成為未來動力的來源之一。安培力演示實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模貉菔据d流導(dǎo)線在磁場中的受力現(xiàn)象，以加深對安培力的理解。實(shí)驗(yàn)原理：載流導(dǎo)線在磁場中受力稱為安培力。載流線元dl在磁場中的受力為dF=IdlB一段導(dǎo)線受到的安培力為F=IdlB本實(shí)驗(yàn)在磁場中用一段作直導(dǎo)線載流導(dǎo)體，通電后用載流直導(dǎo)線的運(yùn)動來演示導(dǎo)線受到的安培力。實(shí)驗(yàn)步驟：1.開啟電源，按下?lián)Q向開關(guān)使導(dǎo)線通過電流，觀察導(dǎo)線的受力情況。2.改變換向開關(guān)方向，使導(dǎo)線電流方向反向。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：直導(dǎo)線向不同的方向運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用：直流電動機(jī)，磁電式電表等都是運(yùn)用安培力的原理制成的。演示實(shí)驗(yàn)的收獲這次的物理演示實(shí)驗(yàn)課讓我大開眼界，看到了很多新鮮的事物。在本次的演示實(shí)驗(yàn)課中，我學(xué)到了很多在平時(shí)的學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)不到的東西，老師給我們認(rèn)真的講解實(shí)驗(yàn)原理，讓我們通過奇妙的物理現(xiàn)象來感受偉大的自然科學(xué)的奧妙，即便有遺漏的地方也可以看桌上的說明來了解。老師向我們展示了一些很新奇的儀器和實(shí)驗(yàn)，我們都帶著好奇心仔細(xì)的觀看了每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，并親手操作了部分實(shí)驗(yàn)，一些看似不正常的現(xiàn)象都能用科學(xué)的自然知識來解釋。一開始是超聲霧化，水霧不斷地從水中涌出，不過水霧不是熱的而是涼的，這個(gè)實(shí)驗(yàn)原理也是很簡單的，運(yùn)用的是超聲波原理，超聲波于一般波相比頻率高，波長短，具有能量大，方向性好，穿透本領(lǐng)高等特點(diǎn)，超聲波讓水以水分子的形式向外蒸發(fā)，形成水霧，所以水霧不是熱的而是涼的，我們平時(shí)用的增濕器就是用這個(gè)原理制成的。接下來我們看到了那閃閃發(fā)光的輝光球，用指尖觸及玻璃球外殼，便見輝光在手指的周圍處變得更為明亮，產(chǎn)生的弧線順著手的觸摸移動而游動扭曲，隨手指移動起舞，十分漂亮，十分奇特。這是低壓氣體在高頻電場中的放電現(xiàn)象。研究完輝光球我們又來到了一種很先進(jìn)武器的前邊，那就是電磁炮，電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)的動能殺傷武器。與傳統(tǒng)的大炮不同，電磁炮是利用電流磁場產(chǎn)生的電磁力代替火藥爆炸力來加速彈丸的發(fā)射系統(tǒng)，可大大提高彈丸的速度和射程，另外電磁炮還有很