大学物理6-3 循环过程 卡诺循环

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.各种热机的效率液体燃料火箭柴油机汽油机蒸汽机热机：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.冰箱循环示意图

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.热力学第一定律净功特征一循环过程AB总放热（取绝对值）总吸热热机二热机效率热机效率高温热源低温热源热机（正循环）AB致冷机致冷系数致冷机（逆循环）致冷机高温热源低温热源AB致冷机的致冷系数

例1

例2如图所示，是某理想气体循环过程的T-V的图，CA为绝热过程，A点的态参量为（T，V1）和B点的态参量为（T，V2）为已知。求C点的温度和这个循环的效率.解：AB是等温过程，所以CA是绝温过程，由绝热方程得由图可知,整个循过程中所吸收的热量为整个循过程中所放出的热量为效率1423

例6-4

1mol

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.解由理想气体物态方程得1423总效率也可以用功来计算总效率

例6-5

1mol刚性双原子分子理想气体作如图所示的循环过程，其中1-2为直线，2-3为绝热线，3-1为等温线，已知T2=2T1，V3=8V1。试求：（1）各过程的内能增量、功和传递的热量（用T1、R表示）；（2）此循环的效率。（）解由题意，3-1是等温过程，故刚性双原子分子，则其自由度

因此

1-2是吸热过程，内能改变

系统对外所作的功

吸收的热量2-3为绝热过程

3-1为等温过程

在整个循环过程中

系统吸收的热量系统放出的热量

循环效率

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

低温热源高温热源卡诺热机WABCD

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.WABCD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

绝热压缩卡诺循环A—B等温膨胀吸热C—D

等温压缩放热WABCD卡诺循环的效率A—B等温膨胀吸热WABCD

D—A

绝热过程B—C

绝热过程

卡诺热机效率卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高.

WABCD高温热源低温热源卡诺致冷机卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机致冷系数图中两卡诺循环吗？讨论例5

一可逆卡诺热机低温热源的温度为，效率为40℅；若将其效率提高到50℅，则高温热源温度需提高几度？

解:根据

所以高温热源需提高的温度为：

得例6

一台电冰箱放在室温为的房间里，冰箱储藏柜中的温度维持在.现每天有的热量自房间传入冰箱内,若要维持冰箱内温度不变,外界每天需作多少功,其功率为多少?设在至之间运转的致冷机(冰箱)的致冷系数,是卡诺致冷机致冷系数的55%.解由致冷机致冷系数得房间传入冰箱的热量热平衡时房间传入冰箱的热量热平衡时保持冰箱在至之间运转,每天需作功功率

例6-6四冲程汽油机（奥托循环）的作功原理如图所示。AB相当于压强约为1atm的混合气体燃料；BC相当于活塞把吸入气缸内的混合气体燃料加以压缩，由于压缩快，散热慢，可看作是绝热压缩过程；CD相当于用电火花使压缩后的混合气体燃料瞬时爆炸，于是气体的压强骤然增加，在这一瞬间，活塞移动距离极小；DE相当于爆炸后的气体作绝热膨胀，并推动活塞对外作功；EB相当于对外作功后气体的压强骤然减小到大气压，在此过程中，活塞移动甚微；BA相当于活塞把废气排出缸体，接着为下一次循环作准备。求此循环的效率。解奥托循环中，气体在等体升压过程CD中吸热,而在等体降压过程EB中放热