-循环过程卡诺循环

1、13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础1 热机发展简介热机发展简介 1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先后发年纽可门先后发明了明了蒸气机蒸气机 ，当时蒸气机的效率极低，当时蒸气机的效率极低 . 1765年瓦特进行了重大改进年瓦特进行了重大改进 ，大大提高了，大大提高了效率效率 . 人们一直在为提高热机的效率而努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，力，从理论上研究热机效率问题， 一方面一方面指明了提高效率的方向，指明了提高效率的方向， 另一方面也推动另一方面也推动了热学理论的发展了热学

2、理论的发展 .13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础2各种热机的效率各种热机的效率液体燃料火箭液体燃料火箭柴油机柴油机汽油机汽油机蒸气机蒸气机%48%8%37%2513-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础3热机热机 : 持续地将热量转变为功的机器持续地将热量转变为功的机器 .13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础4冰箱循环示意图冰箱循环示意图13-5 13-5 循环

3、过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础5pVoW 系统经过一系列变化状态过程后，又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回到原来的状态的过程叫热力学循环过程 .由热力学第一定律由热力学第一定律WQ 0E特征特征一一 循环过程循环过程ABAVBVcd13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础6QQQW21净功净功总吸热总吸热1Q二二 热机效率和致冷机的致冷系数热机效率和致冷机的致冷系数热机（热机（正正循环）循环）0W致冷机（致冷机（逆逆循环

4、）循环）0W净吸热净吸热Q总放热总放热（取绝对值）取绝对值）2Q13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础7热机热机热机效率热机效率1212111QQQQQQW高温热源高温热源低温热源低温热源1Q2QWWpVoABAVBVcd13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础8W致冷机致冷系数致冷机致冷系数2122QQQWQe致冷致冷机机高温热源高温热源pVoABAVBVcd1Q2QW低温热源低温热源13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物

5、理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础9 例例 1 汽油机可近似看成如图循环过程汽油机可近似看成如图循环过程( (Otto循环循环) )，其中，其中AB和和CD为绝热过程，求为绝热过程，求此循环效率此循环效率.解解BCADBCvADvBCDATTTTTTCTTCQQ1)()(11吸吸放放CDBApV1V2o13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础10又又BC和和DA是绝热过程：是绝热过程：,121 VVTTAB121 VVTTDCDCABTTTT 所以所以112111 VVTTTTTTBABCAD

6、V吸吸放放CDBApV1V2o13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础11三三 卡诺循环卡诺循环 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在个工作在两两热源之间的热源之间的理想理想循环循环 卡诺卡诺循环循环. 给出了热机效率的理论极限值给出了热机效率的理论极限值； 他他还提出了著名的卡诺定理还提出了著名的卡诺定理.13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础12 卡诺卡诺循环是由两个准静态循环是由两个准静态等温等温过

7、程和过程和两个准静态两个准静态绝热绝热过程组成过程组成 .卡诺热机卡诺热机1Q2QWVop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V低温热源低温热源T2高温热源高温热源T121TT 13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13 理想气体卡诺循环热机效率的计算理想气体卡诺循环热机效率的计算 A B 等温膨胀等温膨胀 B C 绝热膨胀绝热膨胀 C D 等温压缩等温压缩 D A 绝热压缩绝热压缩卡诺循环卡诺循环Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ13-5 13-5 循环过程循

8、环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础141211lnVVRTQQabA B 等温膨胀等温膨胀吸吸热热4322lnVVRTQQcdC D 等温压缩放热等温压缩放热Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础15 D A 绝热过程绝热过程214111TVTVB C 绝热过程绝热过程 132121VTVT4312VVVV所以所以Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcd

9、Q13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础1612431212lnln11VVVVTTQQ121TT 卡诺热机效率卡诺热机效率 卡诺热机效率与工卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺源的温差越大，则卡诺循环的效率越高循环的效率越高 . 13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础17Vop2TW1TABCD21TT 高温热源高温热源T1卡诺致冷机卡诺致冷机1Q2QW 卡诺

10、致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机卡诺致冷机致冷致冷系数系数212212TTTQQQe2Q1Q低温热源低温热源T213-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础18 图中两卡诺循环图中两卡诺循环 吗吗 ？2121212T1T2W1W21WW poV讨讨 论论poV2T1T2W1W3T21WW 13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础19 例例2 一电冰箱放在室温为一电冰箱放在室温为 的房的房 间里间里 ，冰箱储藏柜中的温度维持在，

11、冰箱储藏柜中的温度维持在 . 现每天有现每天有 的热量自房间传入冰箱的热量自房间传入冰箱 内内 , , 若要维持冰箱内温度不变若要维持冰箱内温度不变 , , 外界每天外界每天 需作多少功需作多少功 , , 其功率为多少其功率为多少? 设在设在 至至 之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺致冷机致冷系数的致冷机致冷系数的 55% .C5C20J100 . 27C5C20解解2 .1010055%55212TTTee卡13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础20房间传入冰箱的热量房间传入冰箱的热量 热平衡时热平衡时J 100 . 27Q2QQ 由由 得得212QQ