循环过程,卡若循环.pptVIP

* 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。 2.热力学第一定律 1.特征 A B 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。 3. 热机和制冷机 正循环 逆循环 沿逆时针方向进行的循环。 工质从高温热源吸收热量，一部分用于对外做工，一部分向低温热源释放热量。 (1) 热机 (如蒸汽机、内燃机 ) (2) 制冷机 外界对工质作功，工质从低温热源吸热，向高温热源放热。 （如 冰箱、制冷式空调） (正循环) (逆循环) 二、循环效率 1. 热机效率 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 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 2. 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 例2 计算奥托机的循环效率。c ? d, e ? b为等体过程； b ? c，d ? e为绝热过程。 解 吸热 放热 V0 V p V a c d e b O V0 V p V a c d e b O 例3 计算逆向斯特林循环的制冷系数。该循环由四个过程组成，先把工质由初状态Ⅰ（V1，T1）等温压缩到状态Ⅱ（ V2，T1 ），再等体降温到状态Ⅲ（ V2，T2 ）， 然后经等温膨胀到达状态 Ⅳ（ V1，T2 ）, 最后经等 体升温到初始状态Ⅰ。 V0 V p V Ⅲ Ⅱ Ⅰ Ⅳ O 解 工质在Ⅲ→Ⅳ中, 吸热 V0 V p V Ⅲ Ⅱ Ⅰ Ⅳ O 在Ⅰ→Ⅱ中, 放热 循环过程中，外界对工质做的功为 循环的制冷系数 一、卡诺循环 （讨论以理想气体为工质的卡诺循环） 1824 年法国年青的工程师卡诺 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, 并还提出了著名的卡诺定理。 卡诺循环 卡诺定理 可逆循环：组成循环的每一个过程都是可逆过程，则称该循环为可逆循环 。 卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。 A 1 2 4 3 T2 T1 卡诺热机 高温热源T1 低温热源T2 1?2 工质接触高温热源T1, 温度不变,体积V1→V2等温膨胀。 卡诺循环热机效率 吸收热量 2?3 体积V2 →V3, 绝热膨胀, 吸热为零, 内能减少。 绝热方程 A 1 2 4 3 T2 T1 V1 V4 V2 V3 P1 P2 P4 P3 3?4工质接触低温热源T2 , 温度不变, 体积V3 ?V4 , 等温压缩。 放出热量 4?1体积V4 →V1,绝热压缩, 吸热为零, 内能增加。 绝热方程 W 1 2 4 3 T2 T1 V1 V4 V2 V3 P1 P2 P4 P3 |A| = Q1-Q2 卡诺热机效率 一次循环,气体对外作净功 由 2?3 、4?1 的绝热方程 两式相除, 得 代入Q1、Q2 ，得 得 代入 得卡诺热机效率 (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唯一有效途径是: 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 *