用热力学第二定律解释为什么能量不能循环利用?


 发布时间:2020-10-23 07:39:38

许多人常常对功率和能量感到困惑,让我们从头开始,从一些基本公式开始:能量=力*距离对于质量m以速度v移动,能量E为:E = 0.5 * m * v * v用焦耳(J)或英制热量单位(BTU)进行测量。1 BTU大约等于1055焦耳。如果2100磅的汽车以60英里/小时的速度行驶,则能量约为342600焦耳或325 BTU。这与将汽车从0英里/小时的水平路面加速到60英里/小时所需的能量相同。这与加速度无关,无论耗时6秒还是60秒,它的能量都是相同的。能量始终是守恒的,这意味着它不能创建或销毁,只能改变形式。energyPower可以以瓦(W)或马力(HP)为单位进行测量。1 HP与746瓦相同。与能量不同,功率并非始终保持不变。如果我们有一个能量以恒定速率流动的系统,那么功率就是守恒的,这意味着功率输入等于功率输出。对于标准汽车,来自发动机的动力通过变速箱传递至车轮。由于变速箱,空调,交流发电机和其他系统,会造成一些损失,但这不算是重大损失。如果关闭空调,关闭大灯并且进行手动变速,则损失不会超过百分之几。自动变速箱只会增加损失。传动比不会改变动力输出。请记住,在这种情况下,功率是节省的。

对于不同的齿轮比,功率损耗可能会略有变化,但是在大多数情况下它并不重要。由于我们知道功率是能量的比率,因此我们可以将上面计算出的能量除以产生能量所需的时间。如果您的汽车从0行驶到60英里/小时需要6秒钟,那么功率约为57000瓦或76.6马力。请记住,这是平均功率,它不会在加速期间的任何时间告诉我们功率。我们需要从头到尾进行详细的速度测量才能计算出这些数字。考虑到这些数字,我猜想发动机能够产生150马力或更高的功率。我怎么想出那个数字?诸如汽油,柴油甚至涡轮机之类的内燃机没有平坦的功率曲线。功率输出在零RPM时为零,并或多或少地线性增加直到某个峰值。在现有的汽油发动机中,峰值功率在5000-6000 RPM左右。根据经验,峰值通常在红线以下1000 RPM。因此,如果您可以在红线下方以1000 RPM的速度运行引擎,则可以实现接近峰值的性能。如果您看一下转速表,我猜想RPM的平均值要低得多,甚至可能只有一半,这就是为什么您仅获得发动机能够产生的一半功率的原因,RPM,功率和扭矩都是相关的。扭矩只是功率除以RPM。变速箱输出的功率与输入功率相同(减去小损耗),但是转速随齿轮比的不同而不同。

如果输出轴以输入速度的一半旋转,则输出扭矩将是输入扭矩的两倍。对于功率而言,RPM最终实际上并不重要,请记住,功率是保守的。改变传动比不会改变功率,它只会影响扭矩和RPM。如果需要,从计算功率开始计算RPM和扭矩会更容易。您可以用另一种方法来做,但很容易犯错误,大多数汽车根本没有变速箱的原因是因为汽油发动机无法在很大的RPM范围内产生扭矩,特别是在零RPM时,而柴油电力机车和地铁则没有变速箱具有可变的齿轮比,因为它们使用的是牵引电动机,而不是变速箱。电动机即使在零RPM时也可以产生很大的转矩。这称为失速转矩。

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能量 定律 利用

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