热机是什么？SAT2物理热学最最常考的一类题，看完就能拿下

热机是什么？物理热学最最常考的一类题，看完就能拿下

热机(Heat Engine)，在wiki中是这样解释的，“能够将热源提供的一部分热量转化成为对外输出的机械能之机器”，用人话说，就是发动机。小到汽车，大到火箭，它们的发动机都是热机。我们接下来就看看SAT2考试究竟会怎么考热机。

从热力学第一定律开始

热力学第一定律，又可以称为特殊形式的能量守恒定律，是专门用在热力学中的能量守恒。

能量守恒想必大家多少了解一些，就是能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式变成另一种形式，或者一个物体转移到另一个物体。

打个比方，假设你不从银行取钱，也不会把钱花掉，那么你的钱总量应该会维持不变，不管你是从上衣放到裤子，还是裤子放到上衣，你身上钱的总量应该是一定的，这件事就叫做守恒。

然而在热力学中比较特殊，还要考虑从银行取“钱”，或者你会花掉“钱”。假如你全身上下一共10块钱，从银行拿了5块，又花掉了8块，还剩多少？答案显而易见，10+5-8=7块。但是在物理学中，我们关心的往往不是你有多少“钱”，而是你的“钱”是变多了还是变少了，多了“几块”或者少了“几块”。

也就是说，我们关心的是，我的钱少了3块，一般我们会用-3来表示，所以我花掉了的给出去的钱用负数，我得到的从别人那拿来的用正数，所以-3=-8+5，就是我们说的“热力学第一定律”了，与外界交换=自身的变化。

下面我们把热力学中相关的量和上面做一个关联：

“银行”就是外环境，从“银行”拿“钱”，就是从环境吸热，自然“存钱”就是放热了；

“花钱”就是对外做功，把热能变成了机械能；

而我们说一个人身上所有的“钱”，对应的自然就是所谓的“内能”（一个系统内部蕴含的所有能量）。

所以我们来做一个完整的表述：

一个热学系统内能的变化，等于与外界的净吸热（吸热-放热）减去系统对外界做功。

用表达式来写，就是：

ΔU=Q-W

ΔU：difference of internal energy 内能变化

Q：从外界环境净吸热

W：work 系统对外做功

单位：焦耳（joule），缩写J。

热机

1.定义

从外界吸收热量，将热能转变成机械能对外做功，同时系统自身经过循环后大体不变的机械装置。

2.热源

从外界吸收或者释放热量，这个外界一般会称为热源，我们的热机往往会从高温的热源吸热，然后往低温热源放热，所以净吸热应该是从高温吸热QH减去往低温热源放热QC。比如我们从高温吸热400J，往低温热源放热300J，那么净吸热应该是400J-300J=100J，也就是从热源中总体获得了100J的能量。

3.热机中的能量转换

热机有一个特殊的要求，系统的内能总体不变。可能这样说比较抽象，大家试想一下，如果汽车发动机不能维持在一个大体不变的温度，而是不断升温，很快就会报废。热机需要系统循环利用，只进行热能到机械能的转换。再结合热力学第一定律，在系统内能不变的情况下，热机的净吸热应当等于对外做功，也就是W=QH-QC。

下面看一道真题：

热机从高温热源吸600J的热量，对外做功150J，问放热是多少？

热机的净吸热等于对外做功，马上用公式W=QH-QC，QC=QH-W=600J-150J=450J，选B。

4.热机的效率

热机的作用就是将净热量转变成机械功，但是因为某些自然规律（有兴趣可以了解下热力学第二定律），不得不往环境排废热。一辆汽车，我们总希望烧相同的油跑更远的距离，烧相同的油产生的热量自然是恒定的，所以转换成物理术语，就是我们总希望吸相同的热量对外做更多的功，所以就定义效率(efficiency)等于对外做功除以从高温热源吸热，e=W/QH。

考题非常直白，就是问效率是多少，比如下面这道题，和刚才的题目是一道组题。

热机效率最接近哪个值？

直接用做功W除以从热源吸热（注意不是净吸热），也就是e=150J/600J=25%。选E。

以上就是热机常考的方面了，当然如果想深入了解，还可以进一步学习卡诺热机等等内容，不过因为篇幅关系就不详细展开，感兴趣的同学可以参阅教辅~