热学 热循环过程 卡诺热机

1、第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 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蒸汽机汽机 ，当时蒸汽机的效率极低，当时蒸汽机的效率极低 . 1765年瓦特进年瓦特进行了重大改进行了重大改进 ，大大提高了效率，大大提高了效率 . 人们一直在人们一直在为提高热机的效率而努力，为提高热机的效率而努力， 从理论上研究热机从理论上研究热机效率问题，效率问题， 一方面指明了提高效率的方向，一方面指明了提高效率的方向， 另另一方面也推动了热学理论的发展一方面也推动了热学理论的发展 .各种热机的效

2、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第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 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 .第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环冰箱循环示意图冰箱循环示意图第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环pVoW 系统经

3、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 2Q总放热总放热（取绝对值）取绝对值）QQQW21净功净功0E特征特征一一 循环过程循环过程1Q总吸热总吸热ABAVBVcd第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 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第四章热力

4、学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 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第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 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

5、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第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环)23(m,11RCTRTVQWQQQ1121%3 .15RCCVpm,m,)(1412VVppW111RTVpQQQ231211m,41m,41)(TCTTCQpp1m,1m,2TCTCpV141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q1m,12TCQV1m,232TCQp1m,342TCQV第四章热

6、力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 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程和两个准静过程和两个准静态态绝热绝热过程组成过程组成 .三三 卡诺循环卡诺循环 低温热源低温热源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年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在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. 给出了热机给出了热机效率的理论极限值效率的理论极限值; 他还提出了著名的卡诺定理他还提出了著名的卡诺定理.

7、第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V 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 abQcdQ1211lnVVRTMmQQabA B 等温膨胀等温膨胀吸吸热热第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环4322lnVVRTMmQQcdC D 等温压缩放热等温压缩放热1211lnVVRTMmQ Vo

8、p2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ12431212lnln11VVVVTTQQ D A 绝热过程绝热过程214111TVTVB C 绝热过程绝热过程 213112TVTV第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 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

9、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 . 第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 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212212TTTQQQe2Q1Q第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 图中两卡诺循环图中两卡诺循环 吗吗 ？2121212T1T2W1W21WW poV讨讨 论论poV2T1T2W1W3T21WW 第四

10、章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4 - 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 例例2 一台电冰箱放在室温为一台电冰箱放在室温为 的房间里的房间里 ，冰，冰箱储藏柜中的温度维持在箱储藏柜中的温度维持在 . 现每天有现每天有 的的热量自房间传入冰箱内热量自房间传入冰箱内 , 若要维持冰箱内温度不变若要维持冰箱内温度不变 , 外外界每天需作多少功界每天需作多少功 , 其功率为多少其功率为多少? 设在设在 至至 之间运转的致冷机之间运转的致冷机 ( 冰箱冰箱 ) 的致冷系数的致冷系数, 是卡诺致冷机是卡诺致冷机致冷系数的致冷系数的 55% .C5C20J100 . 27C5C20解解2 .1010055%55212TTTee卡由致冷机致冷系数由致冷机致冷系数 得得212QQQe211QeeQ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J100 . 27Q2QQ 第四章热力学基础第四章热力学基础4 - 5 4