8–4 循环过程 卡诺循环

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一、循环过程POVMNABCDW一个热力学系统由某一平衡态出发，经过任意过程又回到初态，这样的过程称为循环过程，简称循环。循环工作的物质称为工作物质，简称工质。热力学第一定律净功特征总吸热（取绝对值）总放热 二、热机及其效率POVMNABCDW热机效率热机（正循环） 【例题8–5】计算汽油机的效率。汽油机是内燃机的一种。内燃机是燃料在汽缸内燃烧，产生高温高压气体，推动活塞并输出动力的机械。1872年，德国工程师奥托（N.A.Otto，1832–1891）研制成功了第一台四冲程活塞式煤气内燃机。1883年，德国人戴姆勒（G.Daimler，1834–1900）成功地制造出了第一台汽油内燃机。奥托循环由吸气过程、压缩过程、膨胀做功过程和排气过程这四个冲程构成（图8–15）。 ab：等压过程bc：绝热过程cd：等容过程de：绝热过程eb：等容过程图8–13奥托循环POP0V0VVabedcQ1Q2 单缸四冲程汽油机构造图 解:cd过程吸热为:eb过程放热为:所以，循环效率为:又过程de和bc有如下关系:图8–15奥托循环POP0V0VVabedcQ1Q2 r:压缩比 三、致冷机POVMNABCWD致冷机致冷系数致冷机（逆循环） 家用电冰箱工作原理图 四、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—卡诺循环。给出了热机效率的理论极限值。a→b：等温膨胀，吸热；b→c：绝热膨胀；c→d：等温压缩，放热；d→a：绝热压缩。两个等温过程两个绝热过程Wabcd Wabcd低温热源高温热源卡诺热机a—b等温膨胀吸热 Wabcdc—d等温压缩放热d—a绝热过程b—c绝热过程 Wabcd （1）要完成循环，必须有高温热源和低温热源。（2）卡诺热机效率只与高温热源和低温热源有关。高温热源的温度越高，低温热源的温度越低，效率越高。（3）卡诺热机的效率　　　。讨论 高温热源低温热源卡诺致冷机卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机致冷系数：Wabcd 【例题8–6】一电冰箱在气温为40ºC的房间内工作，保持结冰室内的温度为–10℃，由于冰箱壁的绝热层不是理想的，结冰室每小时自房间内吸收热量3×105J，假设冷冻装置是卡诺致冷机，问冷冻机的电动机每小时消耗多少能量?解： 思考题8–7有两个热机分别使用不同的热源作卡诺循环，在P–V图上它们的循环曲线所包围的面积相等，但形状不同，如图8-21所示。（1）它们吸热和放热差值是否相同？（2）对外所作的净功是否相同？（3）效率是否相同？图8-21POVT1T2T3S1S2 8–8有一个卡诺机，以它作热机使用时，如果两热库温差越大，对做功越有利；当作致冷机使用时，如果两热库温差越大，对于致冷机是否越有利？为什么？8–9若分别以某种服从p(V–b)=RT的气体（其中b为物性常数）和理想气体为工质在两个恒温热源之间进行卡诺循环，试比较哪个循环的热效率大一些，为什么？