全泓达,盖 磊

(中国海洋大学 物理与光电工程学院，山东 青岛 266100)

热机是将热能转换为机械能的仪器.法国青年工程师卡诺从理论上对理想热机的工作原理进行研究，提出了一种理想的由2个等温及2个绝热过程的循环，称为卡诺循环，并在1824年提出了卡诺定理，为后来热力学第二定律的建立奠定了基础，为提高热机的效率指明了方向，为热力学的发展做出了杰出的贡献[1-3].

由于热机的整个装置处于动态平衡，获取精准的静态状态数据需要较长的判断时间，因此本文主要基于空气热机实验中验证卡诺定理的静态测量法，探索了快速判断平衡点的方法.

1 实验设备及原理

1.1 空气热机实验仪

实验采用世纪中科的ZKY-RJ空气热机实验仪，实验由空气热机电加热器进行加热，并由空气热机测试仪得到冷端温度、热端温度、转速、气缸压力以及气缸体积等实验数据，并经过实验通信器面板传回电脑进行数据显示.

1.2 静态测量法验证卡诺定理

热机每次循环从热源吸收的热量

(1)

其中，n为热机转速，ΔT为冷热端温差.因此热机效率η可表示为

(2)

其中，A为气体对外所做的净功，即P-V图中曲线所围面积.由于式中的变量均可以在实验中测量得到，因此通过观测不同冷热端温度时的nA/ΔT与ΔT/n的关系即可验证卡诺定理.

测量式子(2)中的参量有2种方法：静态测量法和动态测量法.静态测量法是在电压档位一定时，在系统稳定后测量得到的平均值，可以表示在一定的冷热……