热机是一种将热能转换为机械能的装置。它的工作原理基于热力学定律,特别是热力学第一定律(能量守恒定律)和热力学第二定律(熵增原理)。
简单来说,热机通过以下步骤工作:
1. 吸热:热机从高温热源吸收热量。
2. 做功:吸收的热量一部分用于加热工作物质(如气体),使其膨胀并对外做功。
3. 排热:工作物质膨胀做功后,温度降低,然后将其余的热量排放到低温热源。
常见的热机类型包括:
蒸汽机:通过燃烧燃料加热水产生蒸汽,蒸汽推动活塞做功。
内燃机:燃料在气缸内燃烧,直接推动活塞做功。
燃气轮机:高温高压的燃气直接推动涡轮做功。
喷气发动机:高速喷射的燃气产生推力。
热机在现代工业、交通运输、发电等领域有广泛的应用。然而,热机效率通常低于100%,因为根据热力学第二定律,不可能将所有吸收的热量完全转换为机械能,总有一部分热量作为废热被排放。