普通物理学第六版6-3循环过程 卡诺循环(陈策提供)

上页下页返回退出上页下页返回退出循环过程：系统经过一系列状态变化过程以后，又回到原来状态的过程。循环特征：系统经历一个循环之后,内能不改变。abpVO0EAQ循环包括:正循环(顺时针)--热机逆循环(逆时针)--致冷机工质:循环工作的物质称为工质.§6-3循环过程卡诺循环一、循环过程上页下页返回退出上页下页返回退出正循环: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。工质从外界吸收热量的总和为Q1,放给外界的热量总和为Q2120QQQA净净正循环过程是将吸收的热量Q1中的一部分转化为有用功A净，另一部分Q2放回给外界热机：通过工质连续不断地将热转化为功的装置。1211QQQA净吸收的热量输出功热机效率说明：Q1包括整个循环过程中吸收的热量Q2包括整个循环过程中放出的热量(绝对值）上页下页返回退出上页下页返回退出锅炉泵气缸冷凝器蒸汽机中水循环过程Q吸水水蒸汽废汽水Q放A高温热源低温热源A2Q1Q1T2T工作原理图上页下页返回退出上页下页返回退出上页下页返回退出上页下页返回退出卡诺循环：由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成的循环。1-2：等温过程2-3：绝热过程3-4：等温过程4-5：绝热过程2T1T1234pVO卡诺循环是准静态循环，只和两个恒温热源交换热量低温热源T2高温热源T11Q2Q21QQA二、卡诺循环上页下页返回退出上页下页返回退出正向卡诺循环的效率推导3-4等温压缩：11mol2ln1VmQRTMV34222mol3mol4lnlnVVmmQRTRTMVMV1-2等温膨胀：则1243lnln111212VVTVVTQQ12341p1V2p2V3p3V4p4VpVO2Q1QA4-1和2-3是绝热过程：21123)(TTVV21114)(TTVV4312VVVV121TTC上页下页返回退出上页下页返回退出说明：（1）完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温和低温热源（2）卡诺循环的效率只与两个热源温度有关（3）卡诺循环效率总小于1（4）在相同高温热源和低温热源之间的工作的一切热机中，卡诺循环的效率最高。制冷机：工质把从低温热源吸收的热量Q2和外界对它所作的功A以热量Q1的形式传给高温热源.高温热源T11Q2Q21QQA低温热源T2制冷循环上页下页返回退出上页下页返回退出外界的功21QQA致冷系数：从低温热源吸收的热量Q2与外界作的功A之比AQw2212QQQ对卡诺致冷机：212TTTwcpV432V1V1o21Q2Q3V4V1T2T致冷系数3224lnmolVMQRTMV=1243VVVV2111lnmolVMQRTMV=上页下页返回退出上页下页返回退出上页下页返回退出上页下页返回退出例题6-4有一卡诺制冷机，从温度为-100C的冷藏室吸取热量，而向温度为200C的物体放出热量。设该制冷机所耗功率为15kW，问每分钟从冷藏室吸取热量为多少？30263212TTT每分钟作功为所以每分钟作功从冷藏室中吸取的热量为35151060J910JA＝627.8910JQA＝6128.7910JQQA此时,每分钟向温度为200C的物体放出的热量为解:T1=293K,T2=263K,则上页下页返回退出上页下页返回退出例题6-5内燃机的循环之一-奥托循环.内燃机利用液体或气体燃料,直接在气缸中燃烧,产生巨大的压强而作功.内燃机的种类很多,我们只举活塞经过四个过程完成一个循环(如图)的四动程汽油内燃机(奥托循环)为例.说明整个循环中各个分过程的特征,并计算这一循环的效率.(1)吸入燃料过程气缸开始吸入汽油蒸汽及助燃空气，此时压强约等于1.0105Pa，这是个等压过程（图中过程ab）。pVVV0Oabedcp0解：奥托循环的四个分过程如下：上页下页返回退出上页下页返回退出(2)压缩过程活塞自右向左移动，将已吸入气缸内的混合气体加以压缩，使之体积减小，温度升高，压强增大。由于压缩较快，气缸散热较慢，可看作一绝热过程（图中过程bc）(3)爆炸、作功过程在上述高温压缩气体中，用电火花或其他方式引起气体燃烧爆炸，气体压强随之骤增，由于爆炸时间短促，活塞在这一瞬间移动的距离极小，这近似是个等体过程（图中过程cd）。这一巨大的压强把活塞向右推动而作功，同时压强也随着气体的膨胀而降低，爆炸后的作功过程可看成一绝热过程（图中过程de）pVVV0Oabedcp0上页下页返回退出上页下页返回退出(4)排气过程开放排气口，使气体压强突然降为大气压，这过程近似于一个等体过程（图中过程eb），然后再由飞轮的惯性带动活塞，使之从右向左移动，排出废气，这是个等压过程（图中过程ba）。气体主要在循环的等体过程cd中吸热（相当于在爆炸中产生的热），而在等体过程eb中放热（相当于随废气而排出的热），设气体的质量为m，摩尔质量为Mmol，摩尔定体热容为CV，则在等体过程cd中，气体吸取的热量Q1为：1molVdcmQCTTMpVVV0Oabedcp0上页下页返回退出上页下页返回退出而在等体过程eb中放出的热量应为2molVebmQCTTMdeTVTV110cbTVTV110把气体看作理想气体，从绝热过程de及bc可得如下关系所以这个循环的效率应为2111ebdcTTQQTTpVVV0Oabedcp0上页下页返回退出上页下页返回退出两式相减得cdbeTTVTTV110亦即10VVTTTTcdbe1111110rVV式中r=V/V0叫做压缩比。pVVV0Oabedcp0上页下页返回退出上页下页返回退出%557114.0实际上汽油机的效率只有25％左右。计算表明，压缩比愈大，效率愈高。汽油内燃机的压缩比不能大于7，否则汽油蒸汽与空气的混合气体在尚未压缩至c点时温度已高到足以引起混合气体燃烧了。设r=7,=1.4，则pVVV0Oabedcp0上页下页返回退出上页下页返回退出选择进入下一节§6-0教学基本要求§6-1热力学第零定律和第一定律§6-2热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用§6-3循环过程卡诺循环§6-4热力学第二定律§6-5可逆过程与不可逆过程卡诺定律§6-6熵波耳兹曼关系§6-7熵增加原理热力学第二定律的统计意义§6-8耗散结构信息熵