3 循环过程.ppt

* 3 循环过程 热力学系统经历了一系列热力学过程后又回到初始状态，这个过程为循环过程。 如果循环过程中各个分过程都是准静态过程，这个过程为准静态循环过程。 循环过程的重要特征： 准静循环过程可以在状态图上用一个闭合曲线表示。 1 循环过程 循环曲线所包围的面积为系统做的净功。 循环曲线顺时针时，这种循环叫做正循环。 正循环 正循环对应热机循环（把热能转换成机械能的装置）。 正循环能量转化特征： 系统吸热，对外做正功；返回时，系统放热，对外做负功；循环面积为正值。 正循环 热机工作示意图 高温热源T1 低温热源T2 热机从高温热源吸取热量，一部分转变成功，另一部分放到低温热源。 热机效率 如果从高温源吸取的热量转变成功越多，则热机效率就越大。 热机效率通常用百分数来表示 逆循环对应致冷机循环 逆循环 循环曲线逆时针，这种循环叫做逆循环。 系统吸热，对外做正功；返回时，系统放热，对外做负功；循环面积为负值。 逆循环 逆循环能量转化特征： 致冷机是通过外界作功将低温热源的热量传递到高温热源中。使低温热源温度降低。例如：电冰箱、空调都属于致冷机。 高温热源T1 低温热源T2 致冷机工作示意图 致冷机是通过外界作功将低温源的热量传递到高温源中，使低温源温度降低。 致冷系数 如果外界做一定的功，从低温源吸取的热量越多，致冷效率越大。 室外 室内 证明：奥托机效率为： 这一过程不是同一工质反复进行的循环，但在理论上研究这一过程的能量转化时，总是用一定量的理想气体的下述准静态循环过程来代替：两条绝热线和两条等容线构成准静态循环过程。 例1 燃烧汽油的四冲程内燃机中进行的循环过程叫奥托循环。 解： 2-3为等容吸热过程 4-1为等容放热过程 1-2为绝热压缩过程 3-4为绝热膨胀过程 一般为8，如采用双原子分子气体为工作物质，在理想的情况下，其热机效率为： 称为压缩比 例2 一热机以1mol双原子分子气体为工作物质，循环曲线如图所示，其中AB为等温过程，TA=1300K，TC=300K。 求①.各过程的内能增量、功、和热量； ②.热机效率。 解 (1) A-B为等温膨胀过程 B-C为等压压缩过程 C-A为等容升压过程 (2) 可逆过程是这样一种过程,它的每一步都可以 沿相反的方向进行,而当系统沿相反的方向回到原 状态时,外界也恢复到原状态.(即系统和外界都复原) 如不可能使系统和外界都完全复原, 则此过程叫做不可逆过程。 一切自然过程(实际过程)都是不可逆过程 (1)有摩擦损耗 (2)是非准静态过程 2 可逆过程 可逆过程的重要特征 ?摩擦是功变热的过程，它肯定是不可逆的； ?非准静态过程也是不可逆的： 无摩擦+准静态 因为非静态过程的中间态（一般是非平衡态）非常复杂,没有统一的状态参量,这种过程沿反方向进行时,每一步都做到是原来沿正方向进行时的重演是不可能的。 可逆过程是比准静态过程更加理想化的过程， 有重要的理论意义与实际意义。 3 卡诺循环 卡诺正循环： 只和两个恒温热库传递热量并对外作功的准静态、无摩擦循环。 2 3 4 1 等温T1 等温T2 绝热 绝热 V1 V4 V3 V2 P V 高温热库T1 低温热库T2 卡诺循环 卡诺循环能流图 设系统是理想气体： 两个等温过程和两个绝热过程构成的理想化循环。 1→2 等温膨胀过程， 吸热 Q1 = A= ?RT1 ln(V2/V1) 3→4 等温压缩过程， 放热的大小为 得 2 3 4 1 等温T1 等温T2 绝热 绝热 V1 V4 V3 V2 P V ?Q2?= ?RT2 ln(V3/V4) 1、4两点在同一绝热线上, 2、3两点在同一绝热线上, 再由? = 1-( ?Q2 ? / Q1) 于是得 卡诺循环的效率： 可以证明:在相同的高温热库和低温热库之间工作的一切可逆热机,其效率都相等,与工作物质种类无关。 可以证明：?C是工作在T1，T2之间的最高效率 卡 诺 （法国人、 1796-1832） 增大 T1 与 T2 间的温差。 有效途径是提高T1。 现代“标准火力发电厂”： 原因：主要是实际循环非卡诺循环， 非两热源、非准静、非无摩擦、??。 提高卡诺循环效率的方法: 卡诺逆循环 可求出卡诺致冷系数： 例1 如图，一定量理想气体的内能E和体积V变化关系为一直线，直线延长线经过0点，则该过程为 过程。(填：等容、等压或等温) 。 解：等温过程：E为恒量，水平线。 等压 等容过程：V为恒量