成都理工大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件）第六章 热力学基础（6.6）循环过程卡诺循环

6-6循环过程卡诺循环 历史上,热力学理论最初是在研究热机工作过 程的基础上发展起来的。 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η=48%柴油机7=37% 汽油机 7=25 蒸汽机-=8%

6-6 循环过程 卡诺循环 历史上，热力学理论最初是在研究热机工作过 程的基础上发展起来的。 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%

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

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

冰箱循环示意图

在热机中被用来吸收热量并对外作功的物质 叫工质。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。 若循环的每一阶段都是准静态过程,则此循环 可用PV图上的一条闭合曲线表示。箭头表示过程 进行的方向。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。 沿顺时针方向进行的循环称为正循环或热循环 沿反时针方向进行的循环称为逆循环或制冷循环

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。箭头表示过程 进行的方向。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。 在热机中被用来吸收热量并对外作功的物质 叫工质。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。 沿顺时针方向进行的循环称为正循环或热循环。 沿反时针方向进行的循环称为逆循环或制冷循环

正循环的特征: 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NW,又向低温热源放 出热量Q2。而工质回到初态,内能不变。如热 电厂中水的循环过程(示意如图)。 Q1、Q2、W均表示数值大小。 工质经一循环W|=Q1-Q2 TQ 泵( Q

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。而工质回到初态，内能不变。如热 电厂中水的循环过程（示意如图）。 Q1、Q2、|W|均表示数值大小。 工质经一循环 |W|= Q1 -Q2 T1 Q1 T2 Q2 泵 气 |W| 缸 P V a b d c

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 热力学第一定律O=W W 净功W=Q1Q2Q B 总吸热→Q1 B 总放热→Q2(取绝对值)

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 一 循环过程 热力学第一定律 Q  W 净功 W  Q1  Q2  Q d p V o W A B VA VB c 总放热 Q2 （取绝对值） 总吸热 Q1

热机效率和致冷机的致冷系数 高温热源 Q1 热机一W N B 2 低温热源 B 热机(正循环)W>0 热机效率 WQ1-2

二 热机效率和致冷机的致冷系数 热机 高温热源 低温热源 Q1 Q2 W 热机（正循环）W  0 W p o V A B VA VB c d 热机效率 1 2 1 1 2 1 1 Q Q Q Q Q Q W      

高温热源 致冷机W 22 低温热源 致冷机(逆循环)W<0 致冷机致冷系数。Q2g2 1-Q2

致冷机 高温热源 低温热源 Q1 Q2 W 致冷机（逆循环）W  0 W p o V d A B VA VB c 致冷机致冷系数 1 2 2 2 Q Q Q W Q e   

例11mol氦气经过如图所示的循环过程,其 中P2=2D1,V4=2V1求1-2、2—3、3-4、41 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 233 2=27173=47i TA=2T 12 34 4 4 Q12=Cm(2-71)=C Q 41 Q23=Cnm(73-72)=2C p, m Q34=Cvm(74-73)=-2C7m7

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 4 1 V  2V 解 由理想气体物态方程得 2 1 T  2T 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 ,m 1 Q  CV (T  T )  2CV T 1 4 V1 V4 2 3 1 p p2 P o V Q12 Q34 Q41 Q23

Qn2=cy mI 23 =2Cp.mTi p2 233 34 QCU T m 12 34 Q41=Cnm(1-74)=-C p, r m 1=912+Q23 CVmT+ 2CpmT 4 c+r p,I W=(2-p1)(V4-V1)=p1=RT1 QQ R 77= =15.3 17i(3Cm+2R)

1 4 V1 V4 2 3 1 p p2 P o V Q12 Q34 Q41 Q23 (3 m 2 ) 1 , 1 T C R RT V   Q W Q Q Q 1 1 1 2      15.3% Cp,m CV,m  R ( )( ) 2 1 V 4 V1 W  p  p   p1V 1  RT 1 Q1  Q12  Q23  CV ,mT1  2C p ,mT1 Q12 CV,mT1 Q23  2Cp,mT1 34 ,m 1 Q  2CV T 41 ,m 1 4 ,m 1 Q  Cp (T T )  Cp T