青岛科技大学 大学物理讲义
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热机( heat engine)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 方面也推动了热学理论的发展 各种热机的效率 efficiency) 液体燃料火箭=48%柴油机7=37 汽油机 n=25% 蒸汽机=8% 青岛科技大学
青岛科技大学 大学物理讲义 热机(heat engine)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(efficiency) 液体燃料火箭 柴油机 汽油机 蒸汽机 = 48% = 8% = 37% = 25%
热机:持续地将热量转变为功的机器 冷凝器 play stop 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 青岛科技大学
青岛科技大学 大学物理讲义 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 蒸发器 毛细管 低温低压液体 高温高压液体 冷凝器 play■stop 青岛科技大学 大学物理讲义
青岛科技大学 大学物理讲义 冰箱循环示意图
循环过程( cyclical processes) 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 特征△E=0 热力学第一定律Q=WPA 净功W=Q1Q29 总吸热→旦1 B 总放热一Q2 n (取绝对值) B 正循环:顺时针方向;逆循环:逆时针方向 青岛科技大学 大学物理讲义
青岛科技大学 大学物理讲义 p o V W 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 Q =W 净功 W = Q1 − Q2 = Q 特征 E = 0 一 循环过程(cyclical processes) A B VA VB c 总吸热 d Q1 （取绝对值） 总放热 Q2 正循环：顺时针方向；逆循环：逆时针方向
热机效率和致冷机的致冷系数 pI A [高温热源 Q1 通B 热机W 2 低温热源 B 热机(正循环)W>0 热机效率m== W 01-02 0, 2 21 21 青岛科技大学 大学物理讲义
青岛科技大学 大学物理讲义 热机 二 热机效率和致冷机的致冷系数 热机效率 1 2 1 1 2 1 1 Q Q Q Q Q Q W = − − = = 高温热源 低温热源 Q1 热机（正循环） W 0 Q2 W W p o V A B VA VB c d
高温热源 W 致冷机一W 低温热源 致冷机(逆循环)W<0 致冷机冷系数c-9-9 -g2 青岛科技大学 大学物理讲义
青岛科技大学 大学物理讲义 W 致冷机致冷系数 1 2 2 2 Q Q Q W Q e − = = 致冷机（逆循环） W 0 致冷机 高温热源 低温热源 p V o A B VA VB c d Q1 Q2 W
例11mol氦气经过如图所示的循环过程,其 中p2=2p1,4=2H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 23 3 72=27i73=47i 34 74=27 492=Cm(72-7) m11 41 VI V4 223=Cnm(T-12)=2CnmTI O34=Cvm(74-73)=-2Cm71 青岛科技大学 大学物理讲义
青岛科技大学 大学物理讲义 1 4 V1 V4 2 3 1 p 2 p P o V Q1 2 Q34 Q4 1 Q23 例 1 1 mol 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 . p2 = 2 p1 V4 = 2V1 解 由理想气体物态方程得 T2 = 2T1 T3 = 4T1 T4 = 2T1 34 ,m 4 3 2 ,m 1 Q = CV (T −T ) = − CV T 12 ,m 2 1 ,m 1 ( ) Q C T T C T = − = V V 23 ,m 3 2 ,m 1 ( ) 2 Q C T T C T = − = p p
212=CymT 23=2Cp.mTi P 34=-2Cm71 233 P P 12 Q1=912+Q2 4 23 41 C +2C T 4 C=C +R p,r W=(P2-n)(4-V1)=pV1=RT @Q RE 77 2二 1x( 3C,m+2B)153% 青岛科技大学 大学物理讲义
青岛科技大学 大学物理讲义 (3 m 2 ) 1 , 1 T C R RT V + = Q W Q Q Q 1 1 1 2 = − = = 15.3% = CV ,m T1 + 2Cp,m T1 1 4 V1 V4 2 3 1 p 2 p P o V Q1 2 Q34 Q4 1 Q23 Q12 = CV ,m T1 23 ,m 1 Q = 2Cp T Q34 = −2CV ,m T1 41 ,m 1 4 ,m 1 ( ) Q C T T C T = − = − p p C C R p V ,m ,m = + 2 1 4 1 W p p V V = − − ( )( ) 1 1 1 = = pV RT Q Q Q 1 12 23 = +
卡诺循环( Carnot cycle) 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一卡诺循环.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. 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 T1>12 高温热源T1 B 卡诺热机W 低温热源2 青岛科技大学 大学物理讲义
青岛科技大学 大学物理讲义 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(Carnot cycle) 低温热源 T2 高温热源 T1 卡诺热机 Q1 Q2 W V o p T2 W T1 A B C D p1 p2 4 p p3 V1 V4 V2 V3 T1 T2 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