复旦大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件）7.3 循环过程 卡诺循环

循环过程 卡诺循环

循环过程 卡诺循环

热机发展简介 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸 汽机,当时蒸汽机的效率极低.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 液体燃料火箭n=48%柴油机7=37 汽油机 n7=25% 蒸汽机=8%

热机发展简介 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸 汽机 ，当时蒸汽机的效率极低 . 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 . 各种热机的效率 液体燃料火箭 柴油机 汽油机 蒸汽机  = 48%  = 8%  = 37%  = 25%

循环过程 系统经过一系列变化状态过程后,又回到原来的 状态的过程叫热力学循环过程 特征△E=0 热力学第一定律Q=W 净功W=Q1Q29 总吸热→Q1 总放热一Q2(取绝对值)

p o V W 系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的 状态的过程叫热力学循环过程 . 热力学第一定律 Q =W 净功 W = Q1 − Q2 = Q 特征 E = 0 一 循环过程 A B VA VB c d 总吸热 Q1 总放热 Q2 （取绝对值）

热机效率和致冷机的致冷系数 高温热源 21 热机W 低温热源 热机(正循环)W>0 热机效率= W_Q1-Q2_1Q2 O Or

热机 二 热机效率和致冷机的致冷系数 热机效率 1 2 1 1 2 1 1 Q Q Q Q Q Q W = − −  = = 高温热源 低温热源 Q1 热机（正循环） W  0 Q2 W W p o V A B VA VB c d

热机:持续地将热量转变为功的机器 冷凝器 play stop 工作物质(工质):热机中被利用来吸收热量 并对外做功的物质

热机 ：持续地将热量转变为功的机器 . 工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量 并对外做功的物质

高温热源 Q1 致冷机W B Q 0 v 低温热源 致冷机(逆循环)W<0 致冷机致冷系数e=2 weRe

W 致冷机致冷系数 1 2 2 2 Q Q Q W Q e − = = 致冷机（逆循环） W  0 致冷机 高温热源 低温热源 p o V A B VA VB c d Q1 Q2 W

冰箱循环示意图 蒸发器 毛细管 低温低压液体 高温高压液体 冷凝器 play stop

冰箱循环示意图

例1mol氦气经过如图所示的循环过程,其 中p2=2P1,4=2求1—2、2-3、3-4、41 各过程中气体吸收的热量和热机的效率 解由理想气体物态方程得 233 72=27i73=47i 34 4=27 4 12 m 41 P,m(13 T2)=2CnmTI Q34=Cm2(4-73)=-2Cm7

1 4 V1 V4 2 3 1 p 2 p P o V Q12 Q34 Q41 Q23 例 1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其 中 , 求1—2、2—3、3—4、4—1 各过程中气体吸收的热量和热机的效率 . p2 = 2 p1 V4 = 2V1 解 由理想气体物态方程得 T2 = 2T1 T3 = 4T1 T4 = 2T1 12 ,m 2 1 ,m 1 Q = CV (T −T ) = CV T 23 ,m 3 2 ,m 1 Q = Cp (T −T ) = 2Cp T 34 ,m 4 3 2 ,m 1 Q = CV (T −T ) = − CV T

212=Cyml 23=2C P p, m 23 3 34=-2Cvm7 12 Q34Q41=Cpmn(71-74)=C2m7 4 2+923 41 C +2c C=c+r W=(P2-p1)(V4-V1)=p11=RT REN 77 O NO 3Cm+2h)15:3%

( 3 m 2 ) 1 , 1 T C R RT V + = QW Q Q Q1 1 1 2 = −  = = 15.3 % Cp,m = CV ,m + R ( )( ) 2 1 V4 V1 W = p − p − = p1V1=RT1 Q1 = Q12 + Q23 41 ,m 1 4 ,m 1 Q = Cp (T −T ) = −Cp T = CV ,mT1 + 2Cp,mT1 1 4 V1 V4 2 3 1 p 2 pPo V Q12 Q34 Q41 Q23 Q12 = CV ,mT1 23 ,m 1 Q = 2Cp T Q34 = −2CV ,mT1

卡诺循环 1824年法国的年青工程师卡诺提出一个工作 在两热源之间的理想循环—卡诺循环.给出了热机 效率的理论极限值;他还提出了著名的卡诺定理. 卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静 态绝热过程组成 71>72 高温热源T1 B 卡诺热机W P O V I 低温热源2

卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静 态绝热过程组成 . 三 卡诺循环 低温热源 T2 高温热源 T1 卡诺热机 Q1 Q2 W V o p T2 W T1 A B C D p1 p2 4 p p3 V1 V4 V2 V3 T1  T2 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个工作 在两热源之间的理想循环—卡诺循环. 给出了热机 效率的理论极限值; 他还提出了著名的卡诺定理