普通物理学第六版6-3循环过程 卡诺循环(陈策提供).ppt

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1、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。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Q2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。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

2、值）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高温热源低温热源工作原理图卡诺循环：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T1二、卡诺循环正向卡诺循环的效率推导3-4等温压缩：1-2等温膨胀：则4-1和2-3是绝热过程：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

3、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T1低温热源T2制冷循环外界的功致冷系数：从低温热源吸收的热量Q2与外界作的功A之比对卡诺致冷机：致冷系数例题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？每分钟作功为所以每分钟作功从冷藏室中吸取的热量为此时,每分钟向温度为200C的物体放出的热量为解:T1=293K,T2=263K,则例题6-5内燃机的循环之一-奥托循环.内燃机利用液体

4、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：(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

5、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(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e

6、b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：pVVV0Oabedcp0而在等体过程eb中放出的热量应为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pVVV0Oabedcp0两式相减得亦即式中r=V/V0叫做压缩比。pVVV0Oabedcp0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，

7、则pVVV0Oabedcp0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