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高一~高中二年级 (15-17岁)

高中物理 热机与热效率

热机从高温热源吸收热量 Q₁，只把其中一部分转化为功 W，其余的 Q₂ 放到低温热源。 所以热机做的功 W = Q₁ − Q₂，吸收的热量中转化为功的比例即热效率 e = W/Q₁，总是小于 1。 这是因为根据热力学第二定律，放出的热量不可能为 0。 拖动放出热量 Q₂ 的滑块，粗细与能量成正比的三个箭头和热效率会一起变化。

只有一部分热变成功

300 J
👀 怎样看这幅图
①热机从高温热源吸收热量 Q₁
②只把其中一部分转化为功 W，其余的 Q₂ 放到低温热源
③出去的两支箭头粗细之和等于 Q₁ 箭头的粗细
④放出的热越少，效率越高；即使取滑块的最小值 40 J，效率也达不到 1

做的功与热效率

热机做的功
W = Q1 − Q2
吸收的热量减去放出的热量，就是对外做的功
热效率
e = WQ1 = 1 − Q2Q1
吸收的热量中转化为功的比例，取值在 0 与 1 之间

热力学第二定律

🚫 效率不可能为 1
①放出的热量 Q₂ 不可能为 0（热力学第二定律）
②所以热效率 e 总是小于 1
③不存在把吸收的热 100% 转化为功的热机
④高温热源和低温热源的温度决定效率的上限

例题

例题 1
某热机从高温热源吸收 400 J，向低温热源放出 300 J，求它做的功和热效率。
1
做的功 W = Q₁ − Q₂。
W = 400 − 300 = 100 J
2
热效率 e = W/Q₁。
e = 100400 = 0.25
▸ W = 100 J, e = 0.25 (25%)
效率要除以吸收的热量 Q₁，除以放出的热量 Q₂ 就错了。
例题 2
热效率为 0.3 的热机吸收 600 J，求它做的功和放出的热量。
1
用 W = e × Q₁ 求做的功。
W = 0.3 × 600 = 180 J
2
放出的热量 Q₂ = Q₁ − W。
Q2 = 600 − 180 = 420 J
▸ W = 180 J, Q₂ = 420 J
知道效率和吸收的热量，就能马上求出做的功和放出的热量。

小结

要点
W = Q1 − Q2, e = WQ1 = 1 − Q2Q1 < 1
做的功等于吸收的热减去放出的热，效率等于这份功除以吸收的热，总是小于 1
2020 韩国高考科学探究（物理Ⅰ）类题改编
热效率为 40% 的热机每个循环做功 200 J，它从高温热源吸收的热量是多少？
①300 J
②400 J
③500 J
④600 J
⑤800 J
▸ ③ 500 J
1
由 e = W/Q₁ 得 Q₁ = W/e。
Q1 = We = 2000.4
2
代入数值计算。
Q1 = 500 J
🎯 考试要点
①W = Q₁ − Q₂，吸收的热减去放出的热
②e = W/Q₁ = 1 − Q₂/Q₁
③效率除以吸收的热，不是除以放出的热
④由第二定律，e < 1
⑤W、Q₁、Q₂、e 中知道两个，其余就确定了
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