能量转换

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能量转换,是将能量从一种形式转换为另一种形式的过程。在物理学中,能量是指提供执行工作(例如举起物体)或提供热量的能力的量。根据能量守恒定律,除了转化以外,能量还可以转移到其他位置或对象,但不能创建或销毁。 许多形式的能量都可以用于自然过程中,或为社会提供某种服务,例如供暖、制冷、照明或进行机械操作来操作机器。例如,为了给房屋供暖,熔炉燃烧燃料,将其化学势能转换为热能,然后将其传递到房屋的空气中以提...

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能量转换,是将能量从一种形式转换为另一种形式的过程。在物理学中,能量是指提供执行工作(例如举起物体)或提供热量能力的量。根据能量守恒定律,除了转化以外,能量还可以转移到其他位置或对象,但不能创建或销毁。

许多形式的能量都可以用于自然过程中,或为社会提供某种服务,例如供暖、制冷照明或进行机械操作来操作机器。例如,为了给房屋供暖,熔炉燃烧燃料,将其化学势能转换为热能,然后将其传递到房屋的空气中以提高其温度

能量转换

热能转换的局限性

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从其他形式的能量转换为热能的效率可能为100%。非热能形式之间的转换可能会以相当高的效率进行,尽管由于摩擦和类似的过程,总会有一些热能消散。有时,效率接近100%,例如当物体掉入真空中时,势能转化为动能时。这也适用于相反的情况;例如,椭圆轨道上的物体围绕另一个物体移动时,其动能(速度)转换为重力势能(与另一个物体的距离),远离其母体。当达到最远点时,它将逆转过程,加速并将势能转换为动能。由于空间接近真空,因此该过程的效率接近100%。

热能之所以独特,是因为它无法转化为其他形式的能量。只能使用热/热能(温度)密度的差异来执行功,并且这种转换的效率(远远)小于100%。这是因为热能代表了一种特别无序的能量形式。它随机分布在构成系统的微观粒子集合的许多可用状态中(据说每个粒子的位置和动量的这些组合形成了一个相空间)。这种无序或随机性的量度是熵,其定义特征是隔离系统的熵永远不会降低。一个人不能采取高熵系统(例如具有一定量热能的热物质)并将其转换为低熵状态(例如具有相应较低能量的低温物质),而该熵不会传播到其他地方(如周围的空气)。换句话说,如果不将能量散布到其他地方,就无法集中能量。

能量转换的例子

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机器中的能量转换集示例

一个煤炭火电电厂涉及这些能源转化:

  1. 煤中的化学能在燃烧废气中转化为热能
  2. 热能的排气转化成热能的蒸汽通过热交换
  3. 蒸汽的热能在涡轮机中转换为机械能
  4. 涡轮机的机械能通过发电机转换为电能,这是最终的输出

在这样的系统中,xxx步和第四步效率很高,但是第二步和第三步效率较低。最高效的燃气发电站可实现50%的转换效率。燃油和燃煤发电站的效率较低。

汽车中能量转换

  1. 燃料中的化学能通过燃烧转化为膨胀气体的动能
  2. 膨胀气体的动能转化为线性活塞运动
  3. 线性活塞运动转换为旋转曲轴运动
  4. 曲轴旋转运动传递到变速箱总成中
  5. 旋转运动传出变速箱总成
  6. 旋转运动通过差速器
  7. 旋转运动从差速器传递到驱动轮
  8. 驱动轮的旋转运动转换为车辆的线性运动

其他能量转换

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有许多不同的机器和换能器将一种能量形式转换为另一种能量形式。简短的示例列表如下:

  • 热电(热量→电能)
  • 地热能(热量→电能)
  • 热力发动机,例如汽车中使用的内燃发动机或蒸汽发动机(热能→机械能)
  • 海洋热能(热量→电能)
  • 水力发电大坝(重力势能→电能)
  • 电机(动能或机械功→电能)
  • 燃料电池(化学能→电能)
  • 电池(电)(化学能→电能)
  • 火(化学能→热量和光能)
  • (电能→热量和光)
  • 麦克风(声音→电能)
  • 功率(机械能→电能)
  • 风车(风能→电能或机械能)
  • 压电(应变→电能)
  • 摩擦(动能→热)
  • 电加热器(电能→热量)
  • 光合作用电磁辐射→化学能)
  • ATP水解(三磷酸腺苷中的化学能→机械能)

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词条目录
  1. 能量转换
  2. 热能转换的局限性
  3. 能量转换的例子
  4. 机器中的能量转换集示例
  5. 汽车中能量转换
  6. 其他能量转换

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