第3章-3-卡诺循环ppt.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大学物理电子教案,循环过程与卡诺循环,3-3.1,循环过程 卡诺循环,循环过程,卡诺循环,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,在热机中被用来吸收热量并对外作功的物质叫工作物质，简称,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。,2,、特点：,若循环的每一阶段都是,准静态过程,，则一个循环过程可用,P-V,图,上的一条,闭合曲线,表示。,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。,系统经过一个循环以后，系统的,内能,没有变化；,3-3.1,循环过程 卡诺循环,一、循环过程,1,、定义：,系统经过一系列状态变化以后，又回到原来状态的过程叫作热力学系统的,循环过程,，简称,循环,。,热力学第一定律,净功,特征,循环过程的特点：,A,B,总吸热,总放热,（,取绝对值,）,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,。,沿逆时针方向进行的循环称为,逆循环,。,二、热机和制冷机,1,、循环过程的分类,p,V,a,b,c,d,正循环,p,V,a,b,c,d,逆循环,2,、热机,工作物质作,正循环,的机器，称为,热机,；,它是,把热量持续不断地转化为功的机器。,如,:,蒸汽机、内燃机,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作功的物质,.,高温热源,低温热源,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,Q,1,，,对外作,净功,W,，,又向低温热源放出热量,Q,2,并且工质回到初态，内能不变。,工质经一循环：,W=Q,1,-Q,2,热机效率或循环效率：,表示热机的效,率,高温热源,T,1,低温热源,T,2,Q,1,Q,2,W,T,1,Q,1,T,2,Q,2,泵,|,W,|,气缸,注意：,W,和,Q,均为绝对值,W,为工作物质对外所作的净功,Q,1,为工作物质吸收的热量,逆循环的特征：,在一个循环中，外界作功,W,，,从低温热源吸收热量,Q,2,，,向高温热源放出热量,Q,1,。,并且工质回到初态，内能不变。,W=Q,1,-Q,2,制冷系数：,表示制冷机的效率,高温热源,T,1,低温热源,T,2,Q,1,Q,2,W,3,、制冷机,工作物质作,逆循环,的机器，,它是通过外界对系统做功，实现,把热量从低温热源（冷藏室）抽到高温热源（室外环境）的机器。,空调、冰箱,冰箱循环示意图,低温热源,高温热源,1,4,2,3,补充例题,.,1 mol,氦气经过如图所示的循环过程，其中,P,2,=2,P,1,V,4,=2,V,1,求,:,(1).,热机的效率,.,1-2,、,2-3,、,3-4,、,4-1,各过程中气体吸收的热量,；,解,:,（,1,）由理想气体状态方程得,（,2,）全过程吸收的热量为,:,全过程对外界作的功为,:,Q,1,是指在一个循环过程中的总吸收热量！,补充习题,:,一个以氧气为工质的循环由等温、等压、等体三个过程组成，已知：,求：其循环效率,？,注意：,三、卡诺循环,法国工程师、热力学的创始人之一。他创造性地用“理想实验”的思维方法，提出了最简单、但有重要理论意义的热机循环,卡诺循环,，创造了一部理想的热机,卡诺热机。,1824,年卡诺提出了对热机设计具有普遍指导意义的卡诺定理，指出了提高热机效率的有效途径。,概念：,卡诺循环过程由,四个准静态过程,组成,，,其中,两个是等温过程,和,两个是绝热过程,组成。卡诺循环是一种理想化的模型。,分类,正循环,卡诺热机,逆循环,卡诺制冷机,1,、卡诺循环,A,B,C,D,P,V,0,V,1,V,4,V,2,V,3,T,1,T,2,p,1,p,4,p,2,p,3,Q,1,Q,2,A,B,：,等温膨胀过程，体积由,V,1,膨胀到,V,2,，,内能没有变化，系统从高温热源,T,1,吸收的热量全部用来对外作功,:,B,C,：,绝热膨胀，体积由,V,2,变到,V,3,，,系统不吸收热量，对外所作功等于系统减少的内能,:,2,、卡诺热机：正循环,卡诺热机的四个过程,W,和,Q,均为绝对值！,CD,：,等温压缩过程：体积由,V,3,压缩到,V,4,，,内能变化为零，系统对外界所作的功等于向低温热源,T,2,放出的热量,:,DA,：,绝热压缩过程：体积由,V,4,变到,V,1,，,系统不吸收热量，外界对系统所作功等于系统增加的内能。,在一次循环中，系统对外界所作的净功为,|W|=Q,1,-Q,2,T,1,T,2,Q,1,Q,2,W,A,B,C,D,P,V,0,V,1,V,4,V,2,V,3,T,1,T,2,p,1,p,4,p,2,p,3,Q,1,Q,2,理想气体卡诺循环,的效率只与两热,源的温度有关,卡诺热机效率,:,应用绝热方程,BC,过程,DA,过程,两式比较,卡诺热机的效率只由高温热源和低温热源的温度决定，与工作物质无关；,高温热源温度越高，低温热源温度越低，则循环效率越高；,说明：,实际情况：高温热源的温度不可能无限制地提高，低温热源的温度也不可能达到绝对零度。,因而热机的效率总是,小于,1,的，即不可能把从高温热源所吸收的热量全部用来对外界作功。,工质把从低温热源吸收的热量和外界对它所作的功以热量的形式传给高温热源，其结果可使低温热源的温度更低，达到制冷的目的。吸热越多，外界作功越少，表明制冷机效能越好。则制冷系数,：,T,1,T,2,Q,1,Q,2,W,3,、卡诺制冷机：逆循环,制冷机的,工作原理,制冷系数,A,B,C,D,P,V,0,V,1,V,4,V,2,V,3,T,1,T,2,p,1,p,4,p,2,p,3,Q,1,Q,2,图中两卡诺循环,吗,？,讨 论,补 充,:,在,400K,和,300 K,高低温热源间工作的理想卡诺热机，若每个循环对外作净功,300J,，则每个循环热机从高温热源吸收的热量为（）,A.1200J,B.45J,C.400J,D.2000J,W,C,D,P134,，例题,3-5,在,400K,和,300 K,高低温热源间工作的理想卡诺热机，若每个循环气体对外作净功,W=8000J,，如果维持低温热源的温度不变，提高高温热源的温度，使其一个循环对外作的净功增加到,W,=10000J,，并且两次卡诺循环都工作在相同的两绝热过程之间，试求：,1.,第二次循环的效率,2.,第二次循环的高温热源的温度,T,1,小 结,循环过程,热机和制冷机,卡诺循环效率,作业：,P152,练习题：,2,，,4,，,7,，,9,，,10,，,11,，,13,3-7,，求,abca,的循环效率？,3-10,，,(3).,求循环效率？,