中南林业科技大学：《大学物理》PPT教学课件 第七章 （7.5）循环过程 卡诺循环

§7-5循环过程卡诺循环 第七章 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 火箭中液体燃料7=48%柴油机=37% 汽油机 7=25 蒸汽机17=8% 2021年2月25日星期四 http://blog.sinacomcn/p 第1页

§7-5 循环过程 卡诺循环 第七章 2021年2月25日星期四 http://blog.sina.com.cn/phy 第1页 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 火箭中液体燃料 柴油机 汽油机 蒸汽机  = 48%  = 8%  = 37%  = 25%

§7-5循环过程卡诺循环 第七章 c热机:持续地将热量转变为功的机器 冷凝器 play sto 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 2021年2月25日星期四 http://blog.sinacomcn/p 第2页

§7-5 循环过程 卡诺循环 第七章 2021年2月25日星期四 http://blog.sina.com.cn/phy 第2页 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

§7-5循环过程卡诺循环 第七章 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 2021年2月25日星期四 http://blog.sinacomcn/p 第3页

§7-5 循环过程 卡诺循环 第七章 2021年2月25日星期四 http://blog.sina.com.cn/phy 第3页 冰箱循环示意图

§7-5循环过程卡诺循环 第七章 一循环过程 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=A 净功A=29 b 总吸热→Q1 总放热一C2(取绝对值 2021年2月25日星期四 http://blog.sinacomcn/p 第4页

§7-5 循环过程 卡诺循环 第七章 2021年2月25日星期四 http://blog.sina.com.cn/phy 第4页 p o V A 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 A = 净功 A Q Q Q = − = 1 2 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）

§7-5循环过程卡诺循环 第七章 c二热机效率和致冷机的致冷系数 [高温热源 21 热机 b 27 O VL V b 低温热源 热机(正循环)A>0 A Q-Q 热机效率 1Q1 2021年2月25日星期四 http://blog.sinacomcn/p 第5页

§7-5 循环过程 卡诺循环 第七章 2021年2月25日星期四 http://blog.sina.com.cn/phy 第5页 热机 二 热机效率和致冷机的致冷系数 热机效率 1 2 2 1 1 1 1 A Q Q Q Q Q Q  − = = = − 高温热源 低温热源 Q1 热机（正循环） A 0 Q2 A p o V A a b Va Vb c d

§7-5循环过程卡诺循环 第七章 高温热源 A Q1 致冷机A b Q 1bV|低温热源 致冷机(逆循环)A<0 22 22 致冷机致冷系数e= 4g-g2 2021年2月25日星期四 http://blog.sinacomcn/p 第6页

§7-5 循环过程 卡诺循环 第七章 2021年2月25日星期四 http://blog.sina.com.cn/phy 第6页 A 致冷机致冷系数 2 2 1 2 Q Q e A Q Q = = − 致冷机（逆循环） A 0 致冷机 高温热源 低温热源 p o V a b Va Vb c d Q1 Q2 A

§7-5循环过程卡诺循环 第七章 例11mol氦气经过如图所示的循环过程,其 中p2=2D1,14=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 Q23 解由理想气体物态方程得 p2 2=27173=47i 12 4=27i 4 41 O Q3=CD(73-72)=2Cn7 Q34=C1(4-73)=-2C7 2021年2月25日星期四 http://blog.sinacomcn/ 第7页

§7-5 循环过程 卡诺循环 第七章 2021年2月25日星期四 http://blog.sina.com.cn/phy 第7页 1 4 V1 V4 2 3 1 p 2 p P o V Q12 Q34 Q41 Q23 例 1 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 2 1 1 ( ) Q C T T C T = − = V V 23 3 2 1 ( ) 2 Q C T T C T = − = p p 34 4 3 1 ( ) 2 Q C T T C T = − = − V V

§7-5循环过程卡诺循环 第七章 2 Q23=2C,7 P 233 34 2CLT 12 4 4 2+923 41 =C71+2C27 C=C+r A=(p2-p1)(V4-V1)=p1=R1 R 77 Q1x(3C+2R) 15.3% 2021年2月25日星期四 http://blog.sinacomcn/p 第8页

§7-5 循环过程 卡诺循环 第七章 2021年2月25日星期四 http://blog.sina.com.cn/phy 第8页 1 1 (3 2 ) V RT T C R = + 1 2 1 1 Q Q A Q Q  − = = = 15.3% C C R p V = + 2 1 4 1 A= − − ( )( ) p p V V = p1V1=RT1 Q1 = Q12 + Q23 41 1 4 1 ( ) Q C T T C T = − = − p p = + C T C T V p 1 1 2 1 4 V1 V4 2 3 1 p 2 p P o V Q12 Q34 Q41 Q23 Q C T 12 1 = V 23 1 2 Q C T = p 34 1 2 Q C T = − V

§7-5循环过程卡诺循环 第七章 三,卡谐循环 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一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 2430 卡诺热机A 低温热源2 2021年2月25日星期四 http://blog.sinacomcn/p 第9页

§7-5 循环过程 卡诺循环 第七章 2021年2月25日星期四 http://blog.sina.com.cn/phy 第9页 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 A V o p T2 A T1 a b d 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

§7-5循环过程卡诺循环 第七章 理想气体卡谐循环热机效率的计算 > 卡诺循环 b a—b等温膨胀 b b—c绝热膨胀 C c-d等温压缩 d—a绝热压缩 M a-b等温膨胀吸热9==n-Rrh nno 2021年2月25日星期四 http://blog.sinacomcn/p 第10页

§7-5 循环过程 卡诺循环 第七章 2021年2月25日星期四 http://blog.sina.com.cn/phy 第10页 V o p T2 A T1 a b c d 1 p 2 p 4 p 3 p V1 V4 V2 V3 理想气体卡诺循环热机效率的计算 a — b 等温膨胀 b — c 绝热膨胀 c — d 等温压缩 d — a 绝热压缩 1 2 卡诺循环 T  T Qab Qcd 2 1 1 1 ln ab mol M V Q Q RT M V a — b 等温膨胀吸热 = =