大学物理学电子教案循环过程与卡诺循环

大学物理学电子教案武警学院教学课件循环过程与卡诺循环6－5理想气体的等温过程和绝热过程等温过程绝热过程绝热线和等温线6－6循环过程卡诺循环循环过程卡诺循环第一页，共21页。复习热学的研究对象及其分类气体物态参量平衡态与准静态过程理想气体的物态方程功热量内能热力学第一定律热力学第一定律在理想气体的等体和等压过程的应用摩尔热容第二页，共21页。6－5理想气体的等温过程和绝热过程一、等温过程特点：理想气体的温度保持不变，T=const过程曲线：在PV图上是一条双曲线，叫等温线。过程方程：pV内能、功和热量的变化系统从外界吸收的热量，全部用来对外作功。第三页，共21页。二、绝热过程1、绝热过程特点：系统与外界没有热量交换的过程，Q=0。内能和功的变化特征：在绝热过程中，系统对外界所作的功是由于系统内能的减少来完成的。第四页，共21页。2、绝热方程推导：对绝热过程，由热力学第一定律对于理想气体考虑将上式与理想气体的状态方程结合即可得另外两式。第五页，共21页。绝热过程计算功的方法将绝热方程代入得第六页，共21页。三、绝热线和等温线绝热线等温线斜率斜率因为

=CP,m/CV,m1，所以绝热线比等温线更陡第七页，共21页。四、多方过程实际上，气体所进行的过程，常常既不是等温又不是绝热的，而是介于两者之间，可表示为

PVn=常量（n为多方指数）凡满足上式的过程称为多方过程。

n=1——

等温过程

n=

——

绝热过程

n=0——

等压过程

n=——

等容过程一般情况1n，多方过程可近似代表气体内进行的实际过程。说明：理想气体的内能增量为理想气体的状态方程对各种过程都成立。第八页，共21页。多方过程的功吸收热量多方过程内能的变化第九页，共21页。在热机中被用来吸收热量并对外作功的物质叫工作物质，简称工质。工质往往经历着循环过程，即经历一系列变化又回到初始状态。2、特点：若循环的每一阶段都是准静态过程，则此循环可用P-V图上的一条闭合曲线表示。工质在整个循环过程中对外作的净功等于曲线所包围的面积。系统经过一个循环以后，系统的内能没有变化6－6循环过程卡诺循环一、循环过程1、定义：系统经过一系列状态变化以后，又回到原来状态的过程叫作热力学系统的循环过程，简称循环。第十页，共21页。沿顺时针方向进行的循环称为正循环。沿逆时针方向进行的循环称为逆循环。二、热机和制冷机1、循环过程的分类pVabcd正循环pVabcd逆循环2、热机工作物质作正循环的机器，称为热机，它是把热量持续不断地转化为功的机器。第十一页，共21页。正循环的特征：一定质量的工质在一次循环过程中要从高温热源吸热Q1，对外作净功W，又向低温热源放出热量Q2。并且工质回到初态，内能不变。工质经一循环

W=Q1-Q2热机效率或循环效率：表示热机的效能高温热源

T1低温热源

T2Q1Q2WT1Q1T2Q2泵|W|气缸第十二页，共21页。逆循环的特征：制冷机经历一个逆循环后，由于外界对它作功，可以把热量由低温热源传递到高温热源。在一个循环中，外界作功W，从低温热源吸收热量Q2，向高温热源放出热量Q1。并且工质回到初态，内能不变。制冷系数：表示制冷机的效能高温热源

T1低温热源

T2Q1Q2W3、制冷机工作物质作逆循环的机器，称为制冷机，它是把热量从低温热源抽到高温热源的机器。第十三页，共21页。三、卡诺循环法国工程师、热力学的创始人之一。他创造性地用“理想实验”的思维方法，提出了最简单、但有重要理论意义的热机循环——卡诺循环，创造了一部理想的热机——卡诺热机。1824年卡诺提出了对热机设计具有普遍指导意义的卡诺定理，指出了提高热机效率的有效途径，揭示了热力学的不可逆性，被后人认为是热力学第二定律的先驱。概念：卡诺循环过程由四个准静态过程组成，其中两个是等温过程和两个是绝热过程组成。卡诺循环是一种理想化的模型。分类正循环——卡诺热机逆循环——卡诺制冷机1、卡诺循环第十四页，共21页。ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2A

B：等温膨胀过程，体积由V1膨胀到V2，内能没有变化，系统从高温热源T1吸收的热量全部用来对外作功BC：绝热膨胀，体积由V2变到V3，系统不吸收热量，对外所作的功等于系统减少的内能2、卡诺热机：正循环卡诺热机的四个过程第十五页，共21页。CD：等温压缩过程：体积由V3压缩到V4，内能变化为零，系统对外界所作的功等于向低温热源T2放出的热量DA：绝热压缩绝热压缩过程：体积由V4变到V1，系统不吸收热量，外界对系统所作的功等于系统增加的内能。在一次循环中，系统对外界所作的净功为

|W|=Q1-Q2T1T2Q1Q2WABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2第十六页，共21页。理想气体卡诺循环的效率只与两热源的温度有关卡诺热机效率应用绝热方程BC过程DA过程两式比较第十七页，共21页。卡诺热机的效率只由高温热源和低温热源的温度决定，高温热源温度越高，低温热源温度越低，则循环效率越高；说明：高温热源的温度不可能无限制地提高，低温热源的温度也不可能达到绝对零度，因而热机的效率总是小于1的，即不可能把从高温热源所吸收的热量全部用来对外界作功。第十八页，共21页。工质把从低温热源吸收的热量和外界对它所作的功以热量的形式传给高温热源，其结果可使低温热源的温度更低，达到制冷的目的。吸热越多，外界作功越少，表明制冷机效能越好。用制冷系数e表示之。T1T2Q1Q2W3、卡诺制冷机：逆循环制冷机的工作原理制冷系数ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2第十九页，共21页。小