10.7循环过程案例介绍.ppt

大学物理 第三次修订本 第10章 气体动理论及热力学 * 一、循环过程 物质系统的状态经过一系列变化后，又回到原来状态的过程叫热力学循环过程。 1. PV图上一条闭合曲线 2.特征: A B 10.7 循环过程 Q1 Q2 3.净功 (面积) Q2 总放热 （取绝对值） Q1 总吸热 * 沿顺时针方向进行的循环。 二. 循环的分类 1、正循环 (热循环) A B 热机 高温热源 低温热源 热机（正循环） 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做功的物质 . * 循环效率 工质循环一次从高温热源吸热Q1，对外作净功A，又向低温热源放出热量Q2。 热机效率 Q1 = Q2 +A 注意： 1）相同的Q1， A越大，循环效率 越大 2）由于总存在放热 ， Q2 ≠0 故 3）上式适用于一切热机， 为绝对值 * 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 热机发展简介 致冷机（逆循环） A B 致冷机 高温热源 低温热源 2、逆循环（致冷循环） 沿逆时针方向进行的。 系统向外界放热从而获得低温 冰箱循环示意图 * 制冷系数 Q1 = Q2 + A 制冷系数 外界对工质作功A，工质从低温热源吸热Q2，向高温热源放热Q1。 * 例1 3.2?10 -2 kg氧气作ABCD循环过程。A?B和C ? D都为等温过程，设T1 = 300 K，T2 = 200 K，V2 = 2V1。求循环效率。 D A B C T1=300K T2=200K V2 V1 V p 解 吸热 放热 * 吸热 放热 D A B C T1=300K T2=200K V2 V1 V p 卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成 . 三、卡诺循环 低温热源 高温热源 卡诺热机 A A B C D 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; 他还提出了著名的卡诺定理. A A B C D 理想气体卡诺循环热机效率的计算 A — B 等温膨胀 B — C 绝热膨胀 C — D 等温压缩 D — A 绝热压缩 卡诺循环 A — B 等温膨胀吸热 C — D 等温压缩放热 A A B C D D — A 绝热过程 B — C 绝热过程 A A B C D 由 B-C、D-A两绝热方程 带入循环效率公式, 得 * (1) 要完成一个卡诺循环, 必须有高、低温两个热源，两热源的温差越大, 则卡诺循环的效率越高。 (2) 卡诺定理可以证明，工作在相同高、低温热源间的一切热机，卡诺可逆机效率最高。 (3)卡诺循环效率只与两热源温度有关，因此提高热机效率的有效途径是: 提高高温热源的温度。 讨论 * (4) T1≠∞，T2 ≠0，故?不可能等于1或大于1。 只适于卡诺循环。 适合于任何循环。 注意 A A B C D 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 图中两卡诺循环 吗 ？ 讨 论 * 例1 一卡诺热机，工作于温度分别为27℃和127℃的两个热源之间。（1）若在正循环中该机从高温热源吸收热量5840J，问该机向低温热源放出热量多少？对外做功多少？（2）若使它逆向运转而作制冷机工作，当它从低温热源吸热用5840J 时，将向高温热源放热多少？外界做功多少？ 解:（1）卡诺热机效率 * 向低温热源放出放出热量 吸收热量 时 （2）逆向运转时，制冷系数 * 外界需要做功为 向高温热源放出放出热量 吸收热量 时 大学物理 第三次修订本 第10章 气体动理论及热力学