清华大学大学物理循环过程 卡诺循环

1、河南城建学院数理系河南城建学院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 热机发展简介热机发展简介 1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先后发明了年纽可门先后发明了蒸汽机，蒸汽机，当时蒸汽机的效率极低当时蒸汽机的效率极低 , 1765年瓦特进行了重大改进，年瓦特进行了重大改进，大大提高了效率大大提高了效率 . 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，力， 从理论上研究热机效率问题，从理论上研究热机效率问题， 一方面指明了提高一方面指明了提高效率的方向，效率的方向， 另一方面也推动了热学理论的

2、发展另一方面也推动了热学理论的发展 .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汽机蒸汽机%48%8%37%25河南城建学院数理系河南城建学院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环热机热机 ：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 . 工作物质工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质并对外做功的物质 .河南城建学院数理系河南城建学院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循

3、环过程 卡诺循环卡诺循环冰箱循环示意图冰箱循环示意图河南城建学院数理系河南城建学院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环pVoW 系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的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状态的过程叫热力学循环过程 .热力学第一定律热力学第一定律WQ QQQW21净功净功0E特征特征一一 循环过程循环过程ABAVBVcd总吸热总吸热1Q总放热总放热（取绝对值）取绝对值）2Q河南城建学院数理系河南城建学院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第

4、二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环热机热机二二 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效率热机效率1212111QQQQQQW高温热源高温热源低温热源低温热源1Q热机（热机（正正循环）循环）0W2QWWpVoABAVBVcd河南城建学院数理系河南城建学院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环W致冷机致冷系数致冷机致冷系数2122QQQWQe致冷机（致冷机（逆逆循环）循环）0W致冷致冷机机高温热源高温热源低温热源低温热源pVoABAVBVcd1Q2QW河南城建学院数理系河南城建学院数理系主

5、讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q 例例 1 1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其氦气经过如图所示的循环过程，其中中 , 求求12、23、34、41各过程中气体吸收的热量和热机的效率各过程中气体吸收的热量和热机的效率 .122 pp142VV解解 由理想气体物态方程得由理想气体物态方程得122TT 134TT 142TT1m,12m,12)(TCTTCQVV1m,23m,232)(TCTTCQpp1m,34m,342)(TCTTCQVV河南城建学院数理系河南城建学

6、院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环)23(m,11RCTRTVQQQQW1211%3 .15RCCVpm,m,)(1412VVppW111RTVpQQQ231211m,41m,41)(TCTTCQpp1m,1m,2TCTCpV141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q1m,12TCQV1m,232TCQp1m,342TCQV河南城建学院数理系河南城建学院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环三三 卡诺循环卡诺循环 低温热源低温

7、热源2T高温热源高温热源1T卡诺热机卡诺热机1Q2QWVop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在年法国的年青工程师卡诺提出一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. 给出了热机效率的给出了热机效率的理论极限值理论极限值. 卡诺卡诺循环循环两个准静态两个准静态等温等温过程过程两个准静态两个准静态绝热绝热过程过程组成组成河南城建学院数理系河南城建学院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环Vop2TW1TABCD1p2p4p3p

8、1V4V2V3V 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21TT abQcdQ1211lnVVRTQQabA B 等温膨胀等温膨胀吸吸热热河南城建学院数理系河南城建学院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环4322lnVVRTQQcdC D 等温压缩放热等温压缩放热1211lnVVRTQVop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ12431212

9、lnln11VVVVTTQQ D A 绝热过程绝热过程214111TVTVB C 绝热过程绝热过程 213112TVTV河南城建学院数理系河南城建学院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环4312VVVV121TT 卡诺热机效率卡诺热机效率Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ12431212lnln11VVVVTTQQ 卡诺热机效率与工作卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效差越大，则卡诺循环的效率越高率越高 . 河南城建学院数理系河南城建学院数理系主讲主讲 王新练王新练大学物理教程大学物理教程（第二版）（第二版）8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环Vop2TW1TABCD21TT 高温热源高温热源1T低温热源低温热源2T卡诺致冷机卡诺致冷机1Q2QW 卡诺致冷机（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212