8-5循环过程卡诺循环 物理学教程 (第二版) 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 7=48% 柴油机 7=37% 汽油机 7=25% 蒸汽机 7=8% 第八章热力学基础
第八章 热力学基础 物理学教程 8 – 5 循环过程 卡诺循环 （第二版） 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%
8-5循环过程卡诺循环 物理学教程 (第二版) 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. 第八章热力学基础
第八章 热力学基础 物理学教程 8 – 5 循环过程 卡诺循环 （第二版） 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
8-5循环过程卡诺循环 物理学教程 (第二版) 冰箱循环示意图 9 蒸发器 毛细管 低温低压液体△ 高温高压液体 冷凝器 play ■stop 第八章热力学基础
第八章 热力学基础 物理学教程 8 – 5 循环过程 卡诺循环 （第二版） 冰箱循环示意图
8-5循环过程卡诺循环 物理学教程 (第二版) 循环过程 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 p 热力学第一定律 o-W 净功W=Q,Q2Q B 总吸热 91 总放热 92 (取绝对值) 第八章热力学基础
第八章 热力学基础 物理学教程 8 – 5 循环过程 卡诺循环 （第二版） 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 A B VA VB c d 总吸热 Q1 总放热 Q2 （取绝对值）
8-5循环过程卡诺循环 物理学教程 (第二版) 二热机效率和致冷机的致冷系数 高温热源 Q 热机 B W Vav 低温热源 热机（正循环）W>0 热机效率 W-9-2=1Q 第八章热力学基础
第八章 热力学基础 物理学教程 8 – 5 循环过程 卡诺循环 （第二版） 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
8-5循环过程卡诺循环 物理学教程 (第二版) 高温热源 致冷机一 W 低温热源 致冷机（逆循环）W<O C. 致冷机致冷系数 W -2 第八章热力学基础
第八章 热力学基础 物理学教程 8 – 5 循环过程 卡诺循环 （第二版） 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 o V A B VA VB c d Q1 Q2 W
8-5循环过程卡诺循环 物理学教程 (第二版) 例11mol氢气经过如图所示的循环过程，其 中p2=2p1,V4=2听求1-2、2-3、3一4、4-1 各过程中气体吸收的热量和热机的效率. P 解由理想气体物态方程得 卫2 T =2T T3=4T T4=2T 212 =Cv,m(T2-T1)=Cy.mTi Q23=Cp.m(T3-T2)=2Cp.mTi 234=Cv,m(T4-T3)=-2Cr,mT 第八章热力学基础
第八章 热力学基础 物理学教程 8 – 5 循环过程 卡诺循环 （第二版） 1 4 V1 V4 2 3 1 p 2 p P o V Q12 Q34 Q41 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 12 ,m 2 1 ,m 1 Q = CV (T −T ) = CV T 23 ,m 3 2 ,m 1 Q = Cp (T −T ) = 2Cp T 34 ,m 4 3 2 ,m 1 Q = CV (T −T ) = − CV T
8-5循环过程卡诺循环 物理学教程 (第二版) Q2=Cv.mT923=2Cpm☑ P P2 234=-2Cr,mT 4 241=Cp.m(Ti-T)=-Cp.mTi Q1=212+Q23 = Cr.mT+2Cp.mT '4V Cpam Cy.m+R W=(P2-p1)(W4-V1)=pV1=RT1 RK 21 (3Cy.m+2R) =15.3%
第八章 热力学基础 物理学教程 8 – 5 循环过程 卡诺循环 （第二版） (3 m 2 ) 1 , 1 T C R RT V + = Q Q Q Q W 1 1 2 1 − = = = 15.3% Cp,m = CV ,m + R ( )( ) 2 1 V4 V1 W = p − p − = p1V1=RT1 Q1 = Q12 + Q23 41 ,m 1 4 ,m 1 Q = Cp (T −T ) = −Cp T = CV ,m T1 + 2Cp,m T1 1 4 V1 V4 2 3 1 p 2 p P o V Q12 Q34 Q41 Q23 Q12 = CV ,m T1 23 ,m 1 Q = 2Cp T Q34 = −2CV ,m T1
8-5循环过程卡诺循环 物理学教程 (第二版) 三卡诺循环 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。 两个准静态等温过程 > 卡诺循环 组成 两个准静态绝热过程 T1>T2 高温热源 T 21 4 卡诺热机→W P3 -1 27 2 V Va 低温热源T2 第八章热力学基础
第八章 热力学基础 物理学教程 8 – 5 循环过程 卡诺循环 （第二版） 三 卡诺循环 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. ➢ 卡诺循环 两个准静态等温过程 两个准静态绝热过程 组成
8-5循环过程 卡诺循环 物理学教程 (第二版) 理想气体卡诺循环热机效率的计算 T>T 卡诺循环 A一B等温膨胀 B一C绝热膨胀 D: C一D等温压缩 2 V4 V V D一A绝热压缩 A一B等温膨胀吸热 =uer n 第八章热力学基础
第八章 热力学基础 物理学教程 8 – 5 循环过程 卡诺循环 （第二版） V o p T2 W T1 A B C D 1 p 2 p 4 p 3 p V1 V4 V2 V3 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 1 2 卡诺循环 T T Qab Qcd 1 2 1 1 ln V V A — B 等温膨胀吸热 Q = Qa b =RT