热学 热循环过程 卡诺热机概要

第四章热力学基础4-5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%48%8%37%25第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环热机：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.第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环冰箱循环示意图第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环pVoW系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程.热力学第一定律WQ2Q总放热（取绝对值）QQQW21净功0E特征一循环过程1Q总吸热ABAVBVcd第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环热机二热机效率和致冷机的致冷系数热机效率1212111QQQQQQW高温热源低温热源1Q热机（正循环）0W2QWWpVoABAVBVcd第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环W致冷机致冷系数2122QQQWQe致冷机（逆循环）0W致冷机高温热源低温热源pVoABAVBVcd1Q2QW第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q例11mol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.122pp142VV解由理想气体物态方程得122TT134TT142TT1m,12m,12)(TCTTCQVV1m,23m,232)(TCTTCQpp1m,34m,342)(TCTTCQVV第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环)23(m,11RCTRTVQWQQQ1121%3.15RCCVpm,m,))((1412VVppW111RTVpQQQ231211m,41m,41)(TCTTCQpp1m,1m,2TCTCpV141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q1m,12TCQV1m,232TCQp1m,342TCQV第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环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2T高温热源1T卡诺热机1Q2QWVop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT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.第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V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21TTabQcdQ1211lnVVRTMmQQabA—B等温膨胀吸热第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环4322lnVVRTMmQQcdC—D等温压缩放热1211lnVVRTMmQVop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TTabQcdQ12431212lnln11VVVVTTQQD—A绝热过程214111TVTVB—C绝热过程213112TVTV第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环4312VVVV121TT卡诺热机效率Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TTabQcdQ12431212lnln11VVVVTTQQ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.第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环Vop2TW1TABCD21TT高温热源1T低温热源2T卡诺致冷机1Q2QW卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机致冷系数212212TTTQQQe2Q1Q第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环图中两卡诺循环吗？2121212T1T2W1W21WWpoV讨论poV2T1T2W1W3T21WW第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环例2一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%.C5C20J100.27C5C20解2.1010055%55212TTTee卡由致冷机致冷系数得212QQQe211QeeQ房间传入冰箱的热量热平衡时J100.27'Q2'QQ第四章热力学基础4-5循环过程卡诺循环211QeeQ房间传入冰箱的热量热平衡时J100.27'Q2'QQJ102.217'Qee保持冰箱在至之间运转,每天需作功C5C20J102.07'121QQQQWW23360024102.07WtWP功率