§5-4循环过程 卡诺循环.ppt

太原理工大学物理系 1698年塞莱斯和1712年纽科门先后发明了蒸汽机 ，当时蒸汽机的效率极低 .瓦特在1763～1781年期间对蒸汽机进行了重大改进 ，大大提高了效率 . 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 §5-4 循环过程 卡诺循环 火力发电厂外貌 冷凝塔 发电机 水泵 除尘器 汽轮机 传送带 锅炉 空气 碾磨机 烟筒 水管 喷射给水器 火力发电厂结构示意图 热机的三个要素: 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 . 1) 工作物质 2) 两个或两个以上温度不同的热源 3) 对外作功的机械装置 系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程 . 热力学第一定律 （取绝对值） 净功 特征 一、循环过程 A C 总吸热 总放热 思考 下列的静电永动机能否实现？ + + - - + + - - ? ? + + + + 绝缘杆 绝缘杆 带电杆 带电杆 的热机称为第一类永动机。 由热力学第一定律得到：第一类永动机是不可能实现的. 1.正循环(热机循环) 过程曲线沿顺时针方向，系统对外作正功。 循环效率：一次循环过程中系统对外做的功占它从高温热源吸热的比率。 在一正循环中,系统从高温热源吸热Q1，向低温热源放热Q2 (Q20),系统对外作功 A C 2.逆循环（制冷循环） 过程曲线沿逆时针方向，系统对外作负功. 循环曲线所包围的面积等于循环过程中系统对外做的净功。正循环A0，逆循环A0. A C 1 4 2 3 例1 1 mol 理想气经过如图所示的循环过程，其中 ,求1—2、2—3、3—4、4—1过程中热机的效率 . 解：分析吸热与放热过程 1-2等体升压，吸热 2-3等压膨胀，吸热 3-4等体降压，放热 4-1等压压缩，放热 1 4 2 3 1 4 2 3 与工作物质有关 单原子 刚性双原子 在一循环中，若系统只和高温热源(温度T1)与低温热源(温度T2)交换热量，这样的循环称卡诺循环. 二、卡诺循环 低温热源 高温热源 卡诺热机 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. 1、卡诺热机 以一理想气体为工作物质，计算卡诺循环的热机效率。 卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。 A 1 4 2 3 1 — 2 等温膨胀 2 — 3 绝热膨胀 3 — 4 等温压缩 4 — 1 绝热压缩 A 1 4 2 3 4 与1在同一绝热线 2 与 3 在同一绝热线 称为闭合条件 －卡诺热机效率 热机至少要在两个热源间进行循环。从高温热源吸热然后释放一部分热量到低温热源去，因而两个热源的温度差才是热动力的真正源泉. 1) 卡诺热机的效率只与T1、T2 有关，与工作物无关,与气体的质量无关，与P、V的变化无关。 3)现代热电厂中，高温热源温度T1 = 900K，低温热源即大气，T2 = 300K。由理论计算得出热机效率? ~ 65%，但实际上热机效率? ?40% 。其原因：是：非卡诺循环，有摩擦存在，过程非准静态。 讨论 2) 两个热源的温差越大，热机的效率越高。实际方法是提高高温热源的温度T1 。 2、卡诺致冷机（卡诺逆循环） 制冷循环工作物质从低温热源吸收的热量和外界对它所做的功全部以热量的形式传给高温热源。 低温热源 高温热源 卡诺热机 A 1 4 2 3 4 —3等温膨胀　　3—2绝热压缩 2—1等温压缩 　 1— 4 绝热膨胀 A 1 4 2 3 闭合条件 定义致冷系数 卡诺制冷机的制冷系数 3）低温热源的热量是不会自动地传向高温热源的，要以消耗外功为代价。 1）卡诺制冷机的制冷系数与工作物质无关，只与两个热源的温度有关。 讨论 2）两个热源的温差越小，卡诺制冷机的制冷系数越大。 思考:由已知条件判断图中两个卡诺热机的效率是否相等。 1）工作在相同高温热源和低温热源之间的两个卡诺热机，已知A1A2 卡诺热机的效率 可知两个卡诺热机的效率相等 2）工作在不同高温热源和低温热源之间的两个卡诺热机，已知A1=A2 卡诺热机的效率 可知两个卡诺热机的效率不等，且