热能的利用.docx

工业革命的标志是蒸汽机的改良，电力的广泛应用和电子计算机的发明和使用。工业革命是以能源为中心，工业离不开能源。热机为工业提供了能源。热机的定义是各种利用内能做功的机械。克劳修斯对热机很有研究。正因为如此，他对热机，对热运动都有深刻的认识。他在1857年论热运动的形式的论文，提出了气体动理论,得出了公式P=n/VRT。热机主要是利用气体动理论公式的高温，然后产生高压，能使热能向机械能的方向进行转化。热机的特点必需有高温和高压，必需是热能转化为机械能。此两种设计显然是不属于热机，首先是它不需要高温。其次，它不是热能直接转化为机械能。热力学第二定律的开尔文的表述是：不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化。为此一些人就认为第二类永动机不能做成。这实在是太牵强，太愚不可极了。热能直接转化为机械能，热机不能做成第二类永动机。就说第二类永动机不能做成功。也就说热能转化为其它形式的能的设计都不能做成第二类永动机。难道说热能就只能直接转化为机械能吗？必需要有高温吗？难道热能不能间接转化为机械能吗？难道热能的转化不能在常温下进行吗？显然在克劳修斯的论热运动的形式的论文中，在常温下，也可以利用热能。因为压强差的产生还与物质的量浓度有关。利用内能还可以利用物质的浓度差。热机的特点必需要有高温，有热损失。热机又是热能直接转化为机械能，有机械摩擦产生的热损失。物质温度的变化有一定的不可逆性。物质的浓度变化也有一定的不可逆性。物质的浓度变化扩散做功是降温吸热的过程，热传递不是像热机一样要有高温，会影响热能的转化，物质的浓度变化是促进热能的转化。分析：图中，溶液的密度大于水的密度，渗透压与水的水势有关，也就是与溶质的浓度有关，或者说与水的浓度差有关。上方半透膜，水产生的渗透压由下方半透膜和水提供；下方半透膜，水产生的渗透压由上方的水和半透膜提供。由于溶质的浓度相等，上方半透膜水产生的渗透压和下方半透膜水产生的渗透压相互抵消。即：两个半透膜产生的渗透压强的和为0。连通器原理有等式：e水g(h1+h2+h3)=e水gh2+elgh3+0。有h1=(el-e水)h3/e水。因为h1=(el-e水)h3/e水0，所以有左边的水高于左边的水。连通器原理推出有高度差h1。扩散：物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。扩散的速率与物质贩浓度梯度成正比。物质的扩散使物质浓度能均匀分布。即物质的浓度平衡。此图涉及到三个平衡，物质的浓度平衡，液体的压强平衡和高度平衡。在三个平衡的共同作用下，物质的浓度扩散有维持高度差的趋势。能做成永动机。固体是靠振动来传递热量的，温度相同，则最外层电子的平均动能相同。温度决定了金属最外层电子的平均动能，金属的电子的平均动能和金属电子挣脱原子核后成为自由电子的平均动能不一样。这里要注意金属的最外层电子和金属形成的自由电子的区别。热电效应包括五个效应。在其中汤姆逊效应的描述中，当温度不均匀时会产生热扩散，因此自由电子从温度高端向温度低端扩散，在温度低端堆积起来，从而在电体内形成电场，在金属棒两端形成一个电势差。汤姆逊效应讲的就是自由电子的速率不同产生了速率扩散。镁与铝构成的原电池中，铝是负极，镁是正极。镁的金属性比铝强，它们的自由电子产生的速率扩散，自由电子能向铝堆积，但是镁和铝的浓度比却是2比3。在自由电子产生的浓度扩散，自由电子能向镁堆积。从此处可以看出，不同金属能形成电场的原因是它们的自由电子的速率扩散和浓度扩散。原电池中，不是金属与电解液直接反应，说明了先有电场，再有化学反应。原电池中，离子在溶液中能自由移动导电。离子在溶液中能自由移动能使正离子和电子的浓度保持在一定范围；也能使金属离子能够第一时间离开金属，使电压稳定的输出。原电池中，化学反应是连接电子导电和离子导电的纽带。可以想象如果电解液不是液态，离子就不能移动，自然就不能形成原电池。推论：图中。不同金属与P型半导体两两相连，能形成原电池吗？用硅晶体进行蒸铝，得到P型半导体，再进行去铝，再在P型半导体上，电渡不同的金属，得到不同金属与P型半导体两两相连。它与传统的原电池相比。相同点：不同金属的能形成电压，都能发生化学反应。不同点：传统的原电池的反应物是金属与离子，它是金属与晶胞； 化学反应的数量也不同；前者电解液是固态，后者P型半导体是固体。在电场的作用下：一个反应是金属能与晶胞间接发生氧化还原反应；另下个反应是金属能与晶胞直接发生氧化还原反应。P型半导体是固体，金属带正电就不像传统原电池那样会溶解，进入电解液。所以电洞导电与自由电子导电必须要用两个化学反应进行连接。实际反应不止两个化学反应，从物质的变化中讲只有两个化学反应。那么二极管能构成原电池吗？二极管的制作要求：一般是先制成一种N型半导体，再在这种类型的半导体上形成P型半导体。也就是说P型半导体和N半导体要在一起共同发挥作用，才能有二极管的导通电压和反向击穿电压。只有P型半导体或只有N半导体，其中一个是不能形成二极管的。二极管与图中的区别在于，前者P型半导体的连接是N型半导体，后者P型半导体的连接是金属。在电场的作用下，电洞移动是受限制的，是和电流有关的。在二极管中带负电的晶胞的电子来不及输送，晶体中的电子是共价键不是金属中的金属键，电子会滞留在晶胞中，使N半导体带正电。最终形成电场，产生了PN结，有了导通电压。金属中没有N半导体的金刚石结构，在电洞来不及输送的时候，复合电子能漂移，从而不能形成PN结，形成电场，产生导通电压。或者说形成的PN结很窄，导通电压可以忽略不计。在图中，只有P型半导体。固没有导通电压（或者说有可以忽略不计的导通电压）和反向击穿电压，不是二极