大学物理第9章 热力学循环过程.ppt

,*,9-3,循环过程,:,循环过程在,p-V,图上,有什么特点？,所以曲线所包围的面积等于净功的大小。,正循环系统吸热，对外做功,-,热机循环,逆,循环（逆时针）外界做功,-,致冷循环,什么是热机？,-,系统,(,工质,),吸热、,对外做功的机器。（例：蒸汽机，内燃机等）,1.,正循环,热机的效率,9.3.1,准静态的循环过程,热机的循环过程,热机能量转换和传递的一般特征是：一定量的工质在一次循环过程中要从高温热源吸热，对外做净功（指正功、负功的代数和），同时向低温热源放出热量,系统在一正循环中,从高温热源吸热,向低温热源放热,对外做的净功为,系统内能增量,热机的效率,A,高温热库,Q,2,Q,1,低温热库,工质,式中的,A,:,循环,过程中各吸、放热分过程系统做功的,代数和,；,2.,式中的,Q,1,:,各个吸热分过程,吸热的总和,，与放热分过程无关；,3.,式中的,Q,2,:,各个放热分过程,放热的绝对值的总和,，与吸热分过程无关；,说明：,泵,气缸,T,1,Q,1,T,2,Q,2,A,1,锅炉（高温热库）,冷凝器（低温热库）,A,2,例,.,火力发电厂,目的,代价,取绝对值,解：先画出对应的,p,V,图,例,：,1mol,单原子分子理想气体作如图循环，已知,V,2,=2,V,1,求：循环效率。,例题,：某理想气体经历图示的循环过程，,AB,为等压过程，吸收热量,500J,，,BC,为绝热过程，,CA,为等温过程，且已知该循环效率,20,，求：,（,1,）,CA,过程气体所吸收的热量,Q,2,（,2,）,ABC,过程气体对外做功,A,V,p,O,A,B,C,解：,(1)CA,为等温放热过程,(2),A,=100J,为净功,致冷系数,定义,:,2.,逆循环 致冷系数,将待冷却物体作为低温热源，反向进行循环，可实现,致冷循环。,外界对系统做功,A,（净功,0,，这里已取绝对值,),；工质从低温热源,(,即待冷却物体,),吸热,Q,2,，,向高温热源放热,Q,1,（,Q,1,已取绝对值,),。,Q,2,追求的效果,A,付出的“成本”,冰箱外,冷冻室,高温热库,低温热库,A,Q,1,Q,2,工质,致冷系数：,对工质做一份功可从低温热源提取多少份热量,取绝对值,取绝对值,9.3.2,卡诺循环,1.,卡诺循环：,工质只和两个恒温热库交换热量的准静态循环。,按卡诺循环工作的热机,卡诺热机,p,V,T,1,Q,1,等温膨胀,1,绝热膨胀,T,2,绝热压缩,A,2,4,3,Q,2,等温压缩,工质,A,高温热库,T,1,Q,2,Q,1,低温热库,T,2,以理想气体工质为例，计算卡诺循环的效率,等温膨胀,1,2,等温压缩,3,4,从高温热库吸热,向低温热库放热绝对值,绝热膨胀,2,3,绝热压缩,4,1,因此,实际最高效率：,例,.,热电厂,按卡诺循环计算：,非卡诺循环、散热、摩擦等,冷凝塔,锅炉,发电机,原因：,2.,卡诺逆循环的致冷系数：,可见,低温热源的温度,T,2,越低,则致冷系数,越小,致冷越困难。,一般致冷机的致冷系数约,:,2,7.,若,T,1,=293 K,(,室温,),273,223,100,5,1,13.6,3.2,0.52,0.017,0.0034,下面比较,和,w,的能流图,取绝对值,取绝对值,1.,热机循环,目的：吸热对外做功,1,),pV,图,正,2,),热流图,高温热源,低温热源,3,),效率,2.,致冷循环,目的：通过外界做功 从低温热源吸热,1,),pV,图,逆,2,),热流图,高温,低温,3,),致冷系数,例,:,一卡诺机在温度为,400K,和,300K,的两个热源之间运转，问,(1),如果在每一循环中，该机从高温热源得到,6000J,的热量，其对外作净功多少？,(2),如果该机反向运转，当作致冷机，从低温热源吸收,6000J,的热量，要向高温热源放热多少？,(3),如果提高高温热源的温度，让热机仍工作在与,(1),相同的两条绝热线之间，但每次循环净功比,(1),增加,20,，求此时高温热源的温度。,例题,：有一暖气装置如下：用一热机带动一制冷机，制冷机从河水中吸热而供给暖气系统中的水，同时暖气中的水又作为热机的冷凝器。热机的高温热源温度是,210,，河水温度是,15,，暖气系统的水温是,60,。设热机和制冷机分别以卡诺正循环和卡诺逆循环工作，暖气系统中的水得到的热量是煤所发热量的几倍？,热机效率：,热机做功：,热机向暖气系统的水放热：,解：设热机高温热源温度是,，暖气系统水温是,河水温度是,，一个循环煤燃烧所发热量,制冷机致冷系数：,制冷机从河水中吸热：,制冷机向暖气系统的水放热：,暖气系统中的水得到的热量是：,暖气系统中的水得到的热量是是煤所发热量的,2.99,倍。,