8-5循环过程,卡诺循环

*,第八章 热力学基础,8-5,循环过程 卡诺循环,1,.,什么是循环过程,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。,2,.,准静循环过程,若循环过程中每一个状态都是由热平衡态构成的，这个过程为准静循环过程。,3,.,准静循环过程的特点,经过一个循环，内能不变。,循环曲线为闭合曲线。,一 循环过程,1,循环曲线所包围的面积为系统做的净功。,4,.,正循环：,正循环,循环曲线顺时针。,正循环,热机,3,.,准静循环过程的特点,一 循环过程,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。,2,逆循环,逆循环,循环曲线逆时针。,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。,制冷机,4,.,逆循环：,一 循环过程,二 热机,把热能转换成机械能的装置称为热机，如蒸汽机、汽车发动机等。,3,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,.,4,1,.,热机工作特点：,需要两个热源。,热机是正循环工作的。,热机,高温热源,低温热源,A,B,热力学第一定律,特征,总放热,（,取绝对值）,净功,总吸热,需要一定工作物质。,5,2.,热机效率,热机,高温热源,低温热源,A,B,各种热机的效率,液体燃料火箭,柴油机,汽油机,蒸汽机,6,1,4,2,3,P227,例,1,1 mol,氦气经过如图所示的循环过程，其中,p,2,=2,p,1,V,4,=2V,1,，求,12,、,23,、,34,、,41,各过程中气体吸收的热量和热机的效率,.,解,:,热量,根据图所示和气态方程，可得,p,2,=2,p,1,，,V,2,=V,1,；,p,3,=2,p,1,，,V,3,=2V,1,；,p,4,=,p,1,，,V,4,=2V,1,则有：,T,2,=2T,1,，,T,3,=4T,1,，,T,4,=2T,1,，,7,1,4,2,3,一个循环吸收的热量,T,2,=2T,1,，,T,3,=4T,1,，,T,4,=2T,1,，则可得,已知,1 mol,氦气，,p,2,=2,p,1,V,4,=2V,1,8,1,4,2,3,一个循环吸收的热量,净功,效率,1 mol,氦气，,p,2,=2,p,1,V,4,=2V,1,9,一个循环吸收的热量,或,求放热,效率,1 mol,氦气，,p,2,=2,p,1,V,4,=2V,1,10,热机发展简介,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,.,11,进,气,阀,排,气,阀,活,塞,点,火,装,置,3.,奥托热机,奥托机是德国物理学家奥托发明的一种热机，以其原理制造的发动机现仍在使用。,播放动画,13,空气标准奥托循环：是用一定质量的空气（理想气体）进行的准静态循环过程。奥托机的循环曲线是由两条绝热线和两条等容线构成。,3.,奥托热机,a,12,绝热压缩；,23,等体吸热；,34,绝热膨胀；,41,等体放热。,14,奥托循环效率,可见空气标准奥托循环的效率决定于压缩比。,a,为压缩比,汽油内燃机的压缩比不能大于,7,，否则还未压缩到,2,状态时，空气和汽油的混合气的温度就已升高到燃点。,r,7,时，,1.4,，,55%,。实际汽油机的,25%,。,15,逆循环,1.,循环曲线逆时针。,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（,W,0,）。,三 制冷循环过程,致冷,机,高温热源,低温热源,2.,制冷机热泵,是逆循环工作的，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。,16,节流阀,压缩机,冰室,电冰箱工作原理,冷凝器,Q,吸,Q,放,17,3.,致冷机致冷系数,A,B,致冷,机,高温热源,低温热源,18,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,.,四,卡诺循环,低温热源,高温热源,卡诺热机,A,1,2,3,4,1824,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,.,19,W,1,2,3,4,1,2,等温膨胀吸热,V,1,V,2,，,Q,12,W,12,2,3,绝热过程,V,2,V,3,，,Q,23,0,，,T,1,T,2,四,卡诺循环,20,W,1,2,3,4,3,4,等温压缩放热,V,3,V,4,，,Q,34,W,34,4,1,绝热过程,四,卡诺循环,1,2,等温膨胀吸热,2,3,绝热过程,21,W,1,2,3,4,理想气体卡诺循环热机效率,1,2,等温膨胀吸热,3,4,等温压缩放热,22,W,1,2,3,4,2,3,，绝热过程,4,1,绝热过程,有,理想气体卡诺循环热机效率,23,得,卡诺热机效率与工作物质无关，只与两热源温度有关。,热机效率不能大于,1,或等于,1,，只能小于,1,。,热机工作原理：热机经历一个正循环后，从高温热源吸热，一部分用于对外作功，另一部分则向低温热源放出热量。,讨论：,如果大于,1,，,W,Q,吸,则违反了能量守恒定律。,理想气体卡诺循环热机效率,24,热机效率不能大于,1,或等于,1,，只能小于,1,。,如果大于,1,，,W,Q,吸,则违反了能量守恒定律。,要么,T,1,，,这是不能实现的,.,因此热机效率只能小于,1,。,如果为,1,则要么,T,2,0,，,但现在的技术还不能达到绝对,0 K,；,得,讨论：,五理想气体卡诺循环热机效率,25,提高热机效率的方法。,使,T,2,/T,1,越小越好，但低温热源的温度,T,2,为外界大气的温度不宜人为地改变，只能提高高温热源温度,T,1,。,日本开发出陶瓷发动机，其良好的绝热性能可保持高温热源的温度。,得,讨论：,五理想气体卡诺循环热机效率,26,W,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,27,萨迪,.,卡诺是法国青年工程,师、热力学的创始人之一，是,第一个把热和动力联系起来的,人。他出色地、创造性地用“理想实验”的思维方法，提出了最简单，但有重要理论意义的热机循环,卡诺循环，并假定该循环在准静态条件下是可逆的，与工质无关，创造了一部理想的热机（卡诺热机）。卡诺的目标是揭示热产生动力的真正的、独立的过程和普遍的规律。,1824,年卡诺提出了对热机设计具有普遍指导意义的卡诺定理，指出了提高热机效率的有效途径，揭示了热力学的不可逆性，被后人认为是热力学第二定律的先驱。,萨迪,.,卡诺简介,28,本节小结：,一,.,正循环,热机,热机,高温热源,低温热源,A,B,净功,热机效率,29,致冷机致冷系数,致冷,机,高温热源,低温热源,A,B,二,.,逆循环,致冷机,30,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,1,2,3,4,理想气体卡诺正循环（热机）效率,本节结束,31,