1 / 46

熱學與熱學 周鑑恆 萬能科技大學 光電系 ( 台灣 中壢市 ) chou0717@gmail 0921 612 404

熱學與熱學 周鑑恆 萬能科技大學 光電系 ( 台灣 中壢市 ) chou0717@gmail.com 0921 612 404. 熱學概念圖. 好的教材, 要能從使整個科學主題”清析扼要”的角度,向學生介紹該科學主題。 就如同從不同角度看此盆景,有些角度此盆景顯得特別簡單。. 盆栽. 力學 : 剛體 --- 轉動、移動 、平衡. 力學 : 剛體 --- 轉動、移動 、平衡. 力學 : 彈性體 --- 震動 ( 物質未動 ). 力學 : 流體 --- 流動 ( 物質流動 ). 熱學 ---- 與力學有何不同. 摩擦生熱. 摩擦生熱. 摩擦生熱.

zach
Download Presentation

熱學與熱學 周鑑恆 萬能科技大學 光電系 ( 台灣 中壢市 ) chou0717@gmail 0921 612 404

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. 熱學與熱學周鑑恆萬能科技大學 光電系 (台灣 中壢市) chou0717@gmail.com 0921 612 404

  2. 熱學概念圖 好的教材, 要能從使整個科學主題”清析扼要”的角度,向學生介紹該科學主題。 就如同從不同角度看此盆景,有些角度此盆景顯得特別簡單。 盆栽

  3. 力學: 剛體---轉動、移動 、平衡

  4. 力學: 剛體---轉動、移動 、平衡

  5. 力學:彈性體---震動(物質未動)

  6. 力學:流體---流動(物質流動)

  7. 熱學----與力學有何不同

  8. 摩擦生熱

  9. 摩擦生熱

  10. 摩擦生熱

  11. 微波加熱

  12. 雷射加熱

  13. 通電加熱

  14. 渦電流加熱

  15. 渦電流加熱

  16. 渦電流加熱

  17. (作)功

  18. 因溫度差而傳遞的能量 --- (加)熱

  19. 傳導

  20. 輻射

  21. 輻射

  22. 對流

  23. 溫度變化和相變 • Fig. 1 In a solid, the molecules are bond together as if they are connected by springs. The molecules are in random vibration and the temperature of the solid is a measure of the average kinetic energy of the molecules. • Fig. 2 The gas molecules in a container are in rapid random motion. The temperature of the gas is a measure of the average kinetic energy of the molecules.

  24. 相變

  25. 熱學最重要的兩個定律 • 熱力學第一定律 • (能量守恆) • 熱力學第二定律 • (狀態的機率)

  26. 氣體動力論(simplest system) • Maxwell BoltzmannJohannes van der Waals

  27. 把熱學的主角塞到熱機中成為工作流體 • 熱機成為熱力學第一定律及第二定律的重要且實用的例子 • 熱機成為最有趣的熱學核心實驗

  28. 除了早期的蒸氣機之外,各種精巧的內燃引擎也陸續問世。這些能將熱能轉換成機械能的機器統稱「熱機(heat engine)」。從物理學的角度來看,儘管各種引擎的構造大異其趣,但所有熱機的主角都是工作流體(working fluid)。熱能進入工作流體之後,透過工作流體之運作,轉換成動能。打個比方來說,熱機好似公司行號,工作流體好似員工,無論公司之體制,聘僱方式如何,也無論員工領薪水的方式是用支票,還是給現金,總而言之,公司的營運方式都是員工領薪水然後辦理公事。 老式火車頭上的往復式活塞蒸汽機,現代核能電廠中的渦輪蒸汽機,不用火星塞的柴油引擎,常見的汽油引擎,戰機或客機搭載的噴射引擎(圖2-1),推動高空偵察機SR-71以三倍音速巡戈的衝壓引擎,不用連桿的轉子引擎,無論這些熱機的構造複雜與否;也不論它們加熱工作流體的方式,是直接在工作流體中燃燒燃料(內燃),還是經由鍋爐或汽缸來加熱工作流體(外燃);也不論他們的工作流體是氦氣、氫氣、空氣、水蒸氣或其他物質;也不論他們是重複循環使用工作流體,或不斷使用用過即拋的工作流體,他們的工作原理都是一樣的:「工作流體被加熱或高溫狀態時,膨脹作正功,工作流體降溫或較低溫的狀態時,被壓縮作負功。」把工作流體的壓力和體積關係的封閉曲線畫在PV圖上,無論Rankine循環、Otto循環、Diesel循環,或者圖2-1所示的Brayton循環,工作流體狀態之變化都必須隨著相似的順時鐘方向。 熱機原理 從物理學的角度來看,儘管各種引擎的構造大異其趣,但所有熱機的主角都是工作流體(working fluid)。 熱能進入工作流體之後,透過工作流體之運作,轉換成動能。 圖2-2 二行程汽油引擎示意圖。 熱力學第二定律則指出,工作流體被加熱之後,又必然恢復到原來狀態時,被加熱時獲得的熱能,因為機率的原故,不可能完全經做功轉換成機械能,所以沒有完美的熱機。

  29. 熱機原理 • 往復式蒸汽機、渦輪蒸汽機、柴油引擎、汽油引擎、噴射引擎、衝壓引擎、轉子引擎, • 無論這些熱機的構造複雜與否; • 也不論它們加熱工作流體的方式,是直接在工作流體中燃燒燃料(內燃),還是經由鍋爐或汽缸來加熱工作流體(外燃); • 也不論他們的工作流體是氦氣、氫氣、空氣、水蒸氣或其他物質; • 也不論他們是重複循環使用工作流體,或不斷使用用過即拋的工作流體, • 他們的工作原理都是一樣的:「工作流體被加熱或高溫狀態時,膨脹作正功,工作流體降溫或較低溫的狀態時,被壓縮作負功。」 • 把工作流體的壓力和體積關係的封閉曲線畫在PV圖上,無論Rankine循環、Otto循環、Diesel循環,或者Brayton循環,工作流體狀態之變化都必須隨著相似的順時鐘方向。

  30. 熱力學第二定律則指出,工作流體被加熱之後,又必然恢復到原來狀態時,熱力學第二定律則指出,工作流體被加熱之後,又必然恢復到原來狀態時, • 被加熱時獲得的熱能,因為機率的原故,不可能完全經做功轉換成機械能, • 所以沒有完美的熱機。 • 其他熱學現象,同樣也因為機率的原故,其變化有一定的方向(例如:熱平衡)

  31. 熱機原理 往復式蒸汽機

  32. 熱機原理 汽油引擎

  33. 熱機原理 噴射引擎

  34. 熱機原理 噴射引擎

  35. 史特林引擎的定義 • 史特林引擎是一種外燃式的熱機 • 嚴格而言,凡是利用工作流體在冷、熱區之間移動,遂行壓縮的工作流體經加熱而膨脹作正功,膨脹後先冷卻再壓縮作負功的熱機循環,這樣的機構都稱為史特林引擎。

  36. 熱力學第一、第二定律利用史特林引擎、蒸汽機、噴射引擎,演示熱和功進出工作流體的情形。熱力學第一、第二定律利用史特林引擎、蒸汽機、噴射引擎,演示熱和功進出工作流體的情形。

More Related