7-4卡诺循环-.ppt

7 4循环过程卡诺循环 在生产技术上需要将热与功之间的转换持续进行下去 这就需要利用循环过程 一 循环过程1 循环过程的定义系统从某一初态开始经过一系列中间状态又回到它原来状态的整个过程称为循环过程 工作物质 工质 进行循环的物质系统 1 特征 初态 末态 E为态函数 故 E 0 循环过程的一个重要特征是 E 0 循环过程可以看作许多分过程组成 如果每个分过程都是准静态过程 这样的循环过程称为准静态循环过程 我们主要研究准静态循环过程 2 过程曲线 p V图 准静态循环过程在p V为带有箭头的闭合曲线 箭头表示过程的方向 如图 a b 系统对外作正功b a 系统对外作负功 外界对系统作正功 净功为曲线所围面积 1 正循环 顺时针方向 净功 0 面积为正 Q净吸 Q吸 Q放 A 0正循环是一种通过工质使得热量不断转换为功的循环 热 功 热机 2 逆循环 逆时针方向 净功0功 热 制冷 2 整个循环过程中对外做的净功 对于正循环A 0 对于逆循环A 0 由整个循环过程中对外做的净功的定义可知 A等于每个分循环对外做功的代数和 3 整个循环过程中从外界吸收的净热量 由整个循环过程中从外界吸收的净热量定义可知 Q等于每个分循环对外吸收热量的代数和 整个循环过程中从外界吸收热量的总和Q吸 定义为整个循环过程中所有吸热分过程吸收热量之和 整个循环过程中向外界放出热量的总和Q放 定义为整个循环过程中所有放热分过程吸收热量之和的绝对值 整个循环过程中从外界吸收的净热量Q为 4 热机及其效率工作物质在循环过程中不断地把热转变成功的装置称为热机 热机的效率定义为 热机把吸收来的热量有多少转化为有用的功 5 致冷机及其致冷系数 致冷机 利用工质的循环过程 使热量从低温热源向高温热源传递的装置 要把热量从低温热源传给高温热源 只能通过循环过程 致冷循环为负循环 逆时针 5 制冷机 其中 低温热源就是蒸发器高温热源就是冷凝器工作物质从低温热源吸收 冷冻室 的热量 外界对工质做的功 全部以热量的形式传给高温热源 冷凝器 制冷系数 电冰箱 制冷系数越大 制冷机的效率越好 二 卡诺循环及其效率 萨迪 卡诺 SadiCarnot 1796 1832 法国物理学家 1824年 他 28岁 创立理想热机理论 卡诺热机 卡诺循环 和 卡诺定理 已是大家所熟悉的科学名词 但卡诺的理论在创立后长期未能得到应有的重视 卡诺循环由两个准静态等温过程与两个准静态绝热过程组成 如图 1 2等温膨胀吸Q12 3绝热膨胀降温 对外作功 T1 T2 3 4等温压缩放Q24 1绝热压缩升温 T2 T1 1 卡诺热机循环的效率 结论 1 只与T1和T2有关 而与工质无关2 1 T2 T1 100 2 卡诺致冷机 若卡诺循环按照逆时针进行 逆循环为卡诺致冷机 气体和低温热源接触 从低温热源中吸取热量 而外界对系统作功 A 卡诺致冷机的致冷系数 结论 1 只与T1和T2有关 而与工质无关 2 制冷系数越小 要从温度越低的冷源中吸取相同的热量 外界要消耗更多的功 制冷越困难 例 家用冰箱T2 250KT1 310K 室内空气 即 消耗1J电能 从冷冻室取出4 17J热能 例题 有一热机 工作物质为5 8g空气 作理想气体看待 它工作时的循环由三个分过程组成 先由状态a Pa 1atm Ta 300K 定体积加热到状态b Tb 900K 然后绝热膨胀到状态c Pc 1atm 最后经等压过程回到状态a 1 画出p V图 2 求出Va Vc Pb Tc 3 求出一次循环气体对外做的功