5.3 循环（精品）

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.,定义：,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,净功,2.,特征,A,B,总放热,（,取绝对值）,总吸热,5.3,循环过程,3.,准静态循环过程：,1,）定义：若循环所经历的过程都是准静态过程，则此循环过程为准静态循环过程。,（可用,P-V,图上的一条闭合曲线表示）,2,）正循环、逆循环,3),准静态循环过程,Q,、,A,、,E,因为,E=0,所以,Q-A=0,也就是说在一个循环中外界对系统做正功，系统热量必须减少，放热。,P,V,A,B,C,系统由,A,到,B,，,又由,B,经等压过程到,C,最后由等容过程回到了初始状态,A,，,完成了一个循环，系统在这一循环中做正功。根据热力学第一定律系统吸热。这一循环称为,正循环,。,P,V,A,B,系统由,A,到,B,，,又由,B,到,A,回到了初始状态，完成了一个循环，不同的是这一循环是逆时针的。系统在这一循环中做负功。根据热力学第一定律系统放热。这样的循环称为,逆循环,。,根据,P-V,图中过程进行的方向热机分为两类：,1,、从外界吸收热量，通过工作物质转化为对外做功。这类机器称为热机。,2,、通过外界对工作物质做功，使工作物质从低温热源吸热，到高温热源放热，是低温热源降温。这类机器称为制冷机。,实际中的热力学机器都有一定的效率，循环的效率就是热力学机器的效率。,各种热机的效率,液体燃料火箭,柴油机,汽油机,蒸汽机,热机,：持续地将热量转变为功的机器,.,瓦特像,瓦特发明的蒸汽机,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,.,热机,4.,热机效率和致冷机的致冷系数,热机效率,高温热源,低温热源,热机（,正,循环）,A,B,1,4,2,3,例,1,1 mol,氦气经过如图所示的循环过程，其中,求,12,、,23,、,34,、,41,各过程中气体吸收的热量和热机的效率,.,解,由理想气体物态方程得,1,4,2,3,例,2,、有,1mol,的双原子理想气体，做如图的循环,（,ac,为等温过程）。求,：各过程中的热量、内能改,变和所做的功以及循环的效率。已知：,解：,双原子气体,冰箱循环示意图,致冷机致冷系数,致冷机（,逆,循环）,致冷,机,高温热源,低温热源,A,B,重要说明,：,在热机、制冷机部分 由于实际中的需要或,说是习惯 无论是吸热还是放热一律取正值,则热机效率和制冷系数写成：,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,.,二,卡诺循环,低温热源,高温热源,卡诺热机,A,A,B,C,D,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,.,1830,年，法国萨迪,卡诺：“准确地说，它既不会创生也不会消灭，实际上，它只改变了它的形式。”,但卡诺患了猩红热，脑膜炎，不幸又雪上加霜，患了流行性霍乱，于,1832,年去世。卡诺的这一思想，在,1878,年才公开发表，但热力学第一定律已建立了。,卡诺像,A,A,B,C,D,理想气体卡诺循环热机效率的计算,A B,等温膨胀,B C,绝热膨胀,C D,等温压缩,D A,绝热压缩,卡诺循环,A,B,等温膨胀,吸,热,C D,等温压缩放热,A,A,B,C,D,D A,绝热过程,B C,绝热过程,卡诺热机效率,A,A,B,C,D,图中两卡诺循环 吗？,讨 论,只与,T,1,和,T,2,有关,与物质种类、膨胀的体积无关,提高高温热源的温度现实些,2),理论指导作用,讨论,1,),卡诺热机效率,进一步说明,热机循环不向低温热源放热是不可能的,热机循环至少需要两个热源,3,),理论说明低温热源温度,T,2,0,说明,热机效率,且,只能,4,),疑问：由热一律 循环过程中,如果,相当于把吸收的热量全作功,从能量转换看,不违反热一律,但为什么实际做不到？,说明,:,必然还有一个,独立,于热一律的,定律存在 这就是,热二律,A,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,致冷例题,解法提要：,10.1,1kg 0 C,的水变,0 C,的冰,需,取出热量,3.35 10,3.35 10,（,J,）,外界需向致冷机作功,3.32 10 (J),卡诺致冷机使,1kg 0 C,的水变成,0 C,的冰，需作多少功？,工质,工质,低温热源,0,+,273,=,273,（,K,）,高温热源,27,+,273,=,300(K),环境温度,27 C,冰的,溶解热为,3.35 10 J kg,已知,被,致冷的,0 C,水变,0,C,的冰,例,3,一台电冰箱放在室温为 的房间里，冰箱储藏柜中的温度维持在,.,现每天有 的热量自房间传入冰箱内,若要维持冰箱内温度不变,外界每天需作多少功,其功率为多少,?,设在 至 之间运转的致冷机,(,冰箱,),的致冷系数,是卡诺致冷机致冷系数的,55%.,解,由致冷机致冷系数 得,房间传入冰箱的热量 热平衡时,房间传入冰箱的热量 热平衡时,保持冰箱在 至 之间运转,每天需作功,功率,例,4.1mol,双原子分子理想气体作如图的可逆循环过程，其中12为直线，23为绝热线，31为等温线.已知,=45,T,2,=2T,1,V,3,=8V,1,试求：,（1）各过程的功，内能增量和传递的热量；,（用,T,1,和已知常数表示）,（2）此循环的效率,.,P,V,1,2,3,P,1,P,2,V,1,V,2,V,3,解：对双原子分子，,P,V,1,2,3,P,1,P,2,V,1,V,2,V,3,例,5.,一定量的理想气体经历如图所示的循环过程，,AB,和,CD,示等压过程，,BC,和,DA,是绝热过程.已知：,T,c,=300K,T,b,=400K.,试求：此循环的效率.,p,V,A,B,C,D,o,解：,例,6.1,mol,多原子分子的理想气体，经如图所示的 循环，求：该循环的效率。,A,B,C,p,1,2p,1,V,1,2V,1,V,1,V,P,解：,A,B,C,p,1,2p,1,V,1,2V,1,V,1,V,P,M,V,M,A,B,C,p,1,2p,1,V,1,2V,1,V,1,V,P,M,V,M,思考：,打开冰箱凉快一下,一直敞开冰箱的门,能制冷整个房间吗？,