东南大学：《大学物理学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十三章 热力学基础（13.5）循环过程 卡诺循环

物理学 13-5循环过程卡诺循环 第五版 (1),等容过程( choric process 过程特征过程方程P-V图功W P 0 内能△热量热容量Cn备注 mc1(-7)acn(-7) M M R V(2-P)|(2-P 第十三章热力学基础 1/40

13-5 循环过程 卡诺循环 第十三章 热力学基础 物理学 第五版 1/40 功W 备 注 过程特征 过程方程 P V− 图 内能E 热量Q 热容量Cm (1),等容过程(Isochoric process) P C T = 0 V C dV = = CV m, 2 1 ( ) V m C T T M  − 0 , 2 V m i C R = ,21 ( ) V m m C T T M  − P2 P1 V P O V 2 1 ( ) 2 i V P P− 2 1 ( ) 2 i V P P−

物理学 13-5循环过程卡诺循环 第五版 (2),等压过程( baric process 过程特征过程方程P-V图功W P P(2-V1) dP=0 "R(72-T) 内能△热量热容量Cn备注 m ,m(211 P、m V,m +R +2 P(V2-V1) i+2 R 2 P(V2-V1) 第十三章热力学基础 2/40

13-5 循环过程 卡诺循环 第十三章 热力学基础 物理学 第五版 2/40 (2),等压过程(Isobaric process) 2 1 ( ) m R T T M  − ,21 ( ) V m m C T T M  − , , 2 2 C C R P m V m i R = + + = CP ,21 ( ) P m m C T T M  − V C T = 0 P C dP = = V1 V2 P P O V 功W 备 注 过程特征 过程方程 P V− 图 内能E 热量Q 热容量Cm 2 1 P V V ( ) − 2 1 ( ) 2 i P V V− 2 1 2 ( ) 2 i P V V + −

物理学 13-5循环过程卡诺循环 第五版 (3),等温过程( othermal process) 过程特征过程方程P-V图功W mrT/M T=C PV=C P2 n dT=o 内能△热量热容量Cn备注 mRT/M 0 P 第十三章热力学基础 3/40

13-5 循环过程 卡诺循环 第十三章 热力学基础 物理学 第五版 3/40 (3),等温过程(Isothermal process) PV C= 0 T C dT = = P2 P1 V1 V2 P O V 0  2 1 1 1 1 2 2 2 / ln V m RT M V PV P P V P             功W 备 注 过程特征 过程方程 P V− 图 内能E 热量Q 热容量Cm 2 1 1 1 1 2 2 2 / ln V m RT M V PV P P V P            

物理学 13-5循环过程卡诺循环 第五版 (4),绝热过程( Adiabatic process 过程特征过程方程P-V图功W PVr=C Q=0 Cn(72-7 do=0 P Pr-T-r=Co (P1-P2) 2 内能△热量热容量Cn备注 m Jm(12 pm i+2 0 0 第十三章热力学基础 4/40

13-5 循环过程 卡诺循环 第十三章 热力学基础 物理学 第五版 4/40 (4),绝热过程(Adiabatic process) 0 0 Q dQ = = 1 1 PV C TV C P T C     − − − = = = P2 P1 V1 V2 P O V ,21 ( ) V m m C T T M  − 0 , 2 1 ( ) V m m C T T M  − − 1 1 2 2 1 ( ) 1 PV PV  − − , , P m 2 V m C i C i  + 0 = = 功W 备 注 过程特征 过程方程 P V− 图 内能E 热量Q 热容量Cm 1 1 2 2 1 ( ) 1 PV PV  − − −

物理学 13-5循环过程卡诺循环 第五版 热力学第一定律 (First law ofthermodynamics) 2=E2-E+W Q=△E+pdv W do=dE +pdv △E个△T个 热机:持续地将热量转变为功的机器 The heat engine It is a machine that continuously convert heat into work 第十三章热力学基础 5/40

13-5 循环过程 卡诺循环 第十三章 热力学基础 物理学 第五版 5/40 Q = E2 − E1 +W  =  + 2 1 d V V Q E p V d d d Q E p V = +   V   E W Q   T 热机 : 持续地将热量转变为功的机器 . 热力学第一定律 (First law of thermodynamics) The heat engine : It is a machine that continuously convert heat into work

物理学 13-5循环过程卡诺循环 第五版 热机发展简介 (Brief introduction of heat engine development 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸 气机,当时蒸气机的效率极低.1765年瓦特进 行了重大改进,大大提高了效率.人们一直在 为提高热机的效率而努力,从理论上研究热机效 率问题,一方面指明了提高效率的方向,另 方面也推动了热学理论的发展 各种热机的效率( The thermal efficiencies of some devices) 液体燃料火箭( Liquidfuel rocke):n=48% 燃气轮机( Turbine machine):n=46% 柴油机( Diesel engine):y=37% 汽油机( Gasoline engine):n=25% 蒸汽机( Steam locomotive):=8% 第十三章热力学基础 6/40

13-5 循环过程 卡诺循环 第十三章 热力学基础 物理学 第五版 6/40 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸 气机 ，当时蒸气机的效率极低 . 1765年瓦特进 行了重大改进 ，大大提高了效率 . 人们一直在 为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效 率问题， 一方面指明了提高效率的方向， 另一 方面也推动了热学理论的发展 . 热机发展简介 (Brief introduction of heat engine development) 各种热机的效率(The thermal efficiencies of some devices) 液体燃料火箭(Liquid fuel rocket): η =48% 柴油机(Diesel engine): η =37% 汽油机(Gasoline engine): η =25% 蒸汽机(Steam locomotive): η =8% 燃气轮机(Turbine machine): η =46%

物理学 13-5循环过程卡诺循环 第五版 热机工作原理示意图 (Schematic diagram ofprinciple ofheat engine 冷凝器 stop 第十三章热力学基础 7/40

13-5 循环过程 卡诺循环 第十三章 热力学基础 物理学 第五版 7/40 热机工作原理示意图 (Schematic diagram of principle of heat engine)

物理学 13-5循环过程卡诺循环 第五版 第十三章热力学基础 8/40

13-5 循环过程 卡诺循环 第十三章 热力学基础 物理学 第五版 8/40

物理学 13-5循环过程卡诺循环 第五版 致冷机循环示意图 (Schematic diagram of cycle of refrigerator 工重 蒸发器 毛细管 低温低压液体 高温高压液体 冷凝器 play■stop 第十三章热力学基础 9/40

13-5 循环过程 卡诺循环 第十三章 热力学基础 物理学 第五版 9/40 致冷机循环示意图 (Schematic diagram of cycle of refrigerator)

物理学 13-5循环过程卡诺循环 第五版 循环过程( The cyclic process 1,热机( Heat engine): 利用工作物质进行热力学过程,将吸收 的热量变为对外作功(机械功)的装置。 The thermodynamic process with the work media, it is the device that continuously convert heat absorbed into work(mechanical work)on exterior 2,工作物质( Work media): 作为循环过程的热力学系统。 It is the thermodynamic system as the cyclic process 第十三章热力学基础 10/40

13-5 循环过程 卡诺循环 第十三章 热力学基础 物理学 第五版 10/40 一 循环过程(The cyclic process) 1,热机(Heat engine): 利用工作物质进行热力学过程，将吸收 的热量变为对外作功（机械功）的装置。 The thermodynamic process with the work media, it is the device that continuously convert heat absorbed into work (mechanical work) on exterior 作为循环过程的热力学系统。 2, 工作物质(Work media): It is the thermodynamic system as the cyclic process