大学物理 9.3 循环过程和卡诺循环.ppt

* 9.3 循环过程和卡诺循环 9.3.1 循环过程和热机效率 9.3.2 可逆过程和不可逆过程 9.3.3 卡诺循环和卡诺定理 9.3.1 循环过程和热机效率 热机：把热能转化为机械能的设备。 水在锅炉中加热 ?高温高压蒸汽（吸热）?气缸中膨胀（做功）?冷凝器中凝结成水（放热）?锅炉 ? …。 泵 气缸 T1 Q1 T2 Q2 A1 锅炉（高温热源） 冷凝器（低温热源） A2 热源 工质 蒸气机： 循环：系统中的工质由某一状态出发经过一系列变化又回到原来状态的过程 正(热)循环 逆(致冷)循环 系统对外界做净功A 外界对系统做净功A A = Q吸－Q放 Q吸= Q放－A p V A Q吸 Q放 p V A Q放 Q吸 热机（正循环）效率 致冷系数 9.3.2 可逆过程和不可逆过程 一个系统由某一状态出发经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统回到原来状态，同时消除原来过程对外界所引起的一切影响，则原来的过程就称为可逆过程。 反之，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原过程称为不可逆过程。 是什么原因使过程不可逆呢？ （1）摩擦生热（功转变为热）过程不可逆 例：石头在地面上滑动 （2）涉及由非平衡态向平衡态过渡的非准静态过程不可逆 例：气体的绝热自由膨胀 非平衡态 平衡态(初) 平衡态(末) 例：向水中滴入墨水 例：气体快速压缩或膨胀 例：有限温差热传导 可正转，也可反转。 只有无摩擦的准静态过程才可逆。 气体无摩擦无穷小压缩或膨胀 可逆循环：由可逆过程组成的循环 孤立系统在进行可逆过程时，系统总是处于平衡态。 结论： 可逆过程例： 无摩擦的等温热传导 可逆热机： 工质按可逆循环工作的热机 正循环?热机， 逆循环?致冷机 9.3.3 卡诺循环和卡诺定理 卡诺循环：由两个无摩擦等温过程和两个准静态绝热过程组成，是一种可逆循环。 p V T1 Q1 等温膨胀 1 绝热膨胀 T2 绝热压缩 A 2 4 3 Q2 等温压缩 卡诺热机。 以理想气体工质为例，推导卡诺循环效率： 等温膨胀 1 2 ? 等温压缩 3 4 ? p V T1 Q1 等温膨胀 1 绝热膨胀 T2 绝热压缩 A 2 4 3 Q2 等温压缩 从高热源 T1 吸热 向热源 T2 放热 p V T1 Q1 等温膨胀 1 绝热膨胀 T2 绝热压缩 A 2 4 3 Q2 等温压缩 绝热膨胀 2 3 ? 绝热压缩 4 1 ? 因此 *