蒸汽机是热机吗

蒸汽机是热机。

热机是把热能转化成机械能的一类机器。从广义上说，凡是可以把其他能量通过热能的形式转化成机械能的装置都可以称为热机，因此，枪炮、炸弹等都是某种形式的热机。不过真正的热机需要连续不断地把热能转化成机械能，所以蒸汽机是公认的第一种实用的热机。

据说在罗马帝国早期，埃及托勒密王朝的亚历山大有一个希腊科学家叫希罗，他发明了一种“汽转球”，可以把热能转化成机械能，被誉为蒸汽机的原型。这种装置利用的是水汽化后的膨胀做功，但它并不能连续工作，能量转化效率也很低。中国古代的走马灯也算是一种热机。它利用的是重力引起的自然对流，做功能力非常有限。

热机的工作原理

热机都是利用热胀冷缩的原理工作的，这几乎是把热能转化成机械能的唯一方法。固体和液体虽然也存在热胀冷缩的现象，但它们的体积随温度变化很小，很难利用，所以实用的热机都是利用气体工作的。蒸汽机中也会存在液态的水，但必须有蒸汽的存在，仅仅是加热的水是没办法对外做功的。

气体的内能是分子热运动的动能，热运动速度与声速相当，所以这个能量是相当巨大的。不过分子们朝向四面八方运动，形不成合力。要想让分子齐心协力做功，就要让气体整体朝某方向运动，这只能通过膨胀来实现。一个容器中装有气体，放开某个方向的限制，气体就会朝这个方向运动，输出机械功，内能降低。