西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四篇 热力学与统计物理 第八章 热力学基本定律 第四节 循环过程 卡诺循环 第五节 热力学第二定律

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大学物理 第四节循环过程卡诺循环 热力学:紧密围绕热机的研究和应用—工作物质 重复进行某些过程,不断吸热做功。 、循环过程 1.定义:系统经历一系列变化后又回到初始状态的整 个过程叫循环过程。 准静态循环过程:相图中的闭合曲线 顺时针:正循环 正 逆 逆时针:逆循环 O 第2页共40页

大学物理 第2页 共40页 第四节 循环过程 卡诺循环 热力学：紧密围绕热机的研究和应用——工作物质 重复进行某些过程，不断吸热做功。 一、循环过程 1. 定义：系统经历一系列变化后又回到初始状态的整 个过程叫循环过程。 准静态循环过程 ：相图中的闭合曲线 顺时针：正循环 逆时针：逆循环 O p V 正 逆

大学物理 2.共同特征 △E=0热力学第一定律:Q净=1净 3.正循环及其效率 T1高温热源 净功e 负功 工 质 A 2 特征:旦净 净>0 T2低温热源 热机的循环: 热机能流 从外界吸热一对外做功 第3页共40页

大学物理 第3页 共40页 2. 共同特征 E = 0 热力学第一定律： Q净 = A净 3. 正循环及其效率 从外界吸热—对外做功 热机的循环: O p V a 正 b c d V1 V2 正 负功功 净功 A T1 T2 特征： Q净 = A净  0

大学物理 实例:蒸汽机的循环 B 净 D Q净=91-g2 效率: 吸 O Q 锅炉 A2水 汽 泵 缸 冷凝器 第4页共40页

大学物理 第4页 共40页 实例：蒸汽机的循环 A净 = A1 − A2 Q净 = Q1 −Q2 效率: 1 2 1 1 2 1 Q Q Q Q Q Q A = − − = = 吸 净  Q1 Q2 A2 A1

大学物理 热机的能量转换: 向低温热源放热Q 从高温热源吸热O」(可能不止一个 可能不止一个)对外做功A,=Q=Q-Q 代价 效果 热机效率: 1净Q1 77 吸 第5页共40页

大学物理 第5页 共40页 热机的能量转换: 从高温热源吸热 （可能不止一个） Q1 向低温热源放热 Q2 （可能不止一个） 对外做功 A净 = Q净 = Q1 −Q2 效果 代价 热机效率: 1 2 1 1 2 1 Q Q Q Q Q Q A = − − = = 吸 净 

大学物理 4.逆循环及致冷系数 b 净功)c 工 特点:=40质 A=Q1-Q2 O2 致冷机的循环: T,冷库 外界对系统做功 系统向外界放热 致冷机能流图 第6页共40页

大学物理 第6页 共40页 4. 逆循环及致冷系数 外界对系统做功 —— 系统向外界放热 致冷机的循环： O p V a 逆 b c V1 V2 净功 d T1 T2 Q1 Q2 A=Q1 特点： -Q2 Q净 = A净  0

实例:电冰箱 大学物理 Q1 冷凝器 液化 流 阀 压缩机 汽化 B 蒸发器 冷库 致冷系数: 能量转换: 从低温热源吸热Ω(效果)向高温热源放热 外界对系统做功A(代价)Q=Q2+A 注意:这里的Q2仅是循环过程中系统从冷库吸收的热 量—衡量致冷的效力 第7页共40页

大学物理 第7页 共40页 能量转换： 从低温热源吸热 Q2 （效果） 外界对系统做功 A （代价） 向高温热源放热 Q1 = Q2 + A 致冷系数： A Q w 2 = 注意：这里的Q2 仅是循环过程中系统从冷库吸收的热 量 —— 衡量致冷的效力 Q1 Q2 A 实例：电冰箱

大学物理 介绍:空调机的循环一致冷机与热泵原理的结合 压缩机作功,吸热传向高温热源 季节作用低温热源高温热源效果 夏天冷泵(A)房间()大气(2)/降温 (对房间致冷) 室内升温 冬天热泵(A)大气(g)房间(Q)(对大气致冷) 22 Q1 Q Q2 夏天 冬天 页 大40D

大学物理 第8页 共40页 介绍： 空调机的循环 — 致冷机与热泵原理的结合 季节 作用 低温热源 高温热源 效果 夏天 冬天 冷泵（A) 热泵（A) 房间 ( ) Q2 大气 ( ) Q2 大气 ( ) Q1 房间 ( ) Q1 室内降温 （对房间致冷） 室内升温 (对大气致冷) A Q2 Q1 夏天 A Q2 Q1 冬天 压缩机作功，吸热传向高温热源

、卡诺循环 大学物理 卡诺:具有科学家素质的工程师。 为了最完整地研究由热得到动力的道理,必须不依赖于任 何特定机构和任何特殊的工作物质,必须使所进行的讨论不仅 适合于蒸汽机,而且可以应用于一切可以想象的热机,不管它 们用的什么物质,也不管它们如何动作。 1.研究循环过程的理想模型 卡诺循环 思考:试设想最简单的循环模型 O 循环图形看似简单,实际上复杂,要无穷多个热源才 能得以实现。 第9页共40页

大学物理 第9页 共40页 1.研究循环过程的理想模型 —— 卡诺循环 循环图形看似简单，实际上复杂，要无穷多个热源才 能得以实现。 二、卡诺循环 卡诺：具有科学家素质的工程师。 “为了最完整地研究由热得到动力的道理，必须不依赖于任 何特定机构和任何特殊的工作物质，必须使所进行的讨论不仅 适合于蒸汽机，而且可以应用于一切可以想象的热机，不管它 们用的什么物质，也不管它们如何动作。” 思考：试设想最简单的循环模型 是否最简单？ p p O V O V

大学物理 卡诺循环:工质只与两个恒温热源交换能量的准静态循环 卡诺正循环或卡诺逆循环 1)与两个恒温热源交换能量(两个等温过程 2)不与其他热源交换能量(两个绝热过程) 如何在p-V图中表示? 特点 简单:只需要 两个热源 绝热 绝热重要:可以组 72>7 成任何一种循 环 第10页共40页

大学物理 第10页共40页 卡诺循环：工质只与两个恒温热源交换能量的准静态循环 卡诺正循环或卡诺逆循环 1) 与两个恒温热源交换能量（两个等温过程） 2) 不与其他热源交换能量（两个绝热过程） 如何在 p–V 图中表示？ 特点 简单：只需要 两个热源 重要：可以组 成任何一种循 环 绝热 绝热