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9 3循环过程和卡诺循环9 3 1循环过程和热机效率9 3 2可逆过程和不可逆过程9 3 3卡诺循环和卡诺定理 演示实验 空气工质热机 热磁轮 冷热水温差热机 记忆合金热机 9 3 1循环过程和热机效率 热机 把热能转化为机械能的设备 水在锅炉中加热 高温高压蒸汽 吸热 气缸中膨胀 做功 冷凝器中凝结成水 放热 锅炉 热源工质 蒸气机 循环 系统中的工质由某一状态出发经过一系列变化又回到原来状态的过程 正 热 循环 逆 致冷 循环 系统对外界做净功A 外界对系统做净功A A Q吸 Q放 Q吸 A Q放 热机 正循环 效率 致冷系数 9 3 2可逆过程和不可逆过程 一个系统由某一状态出发经过某一过程到达另一状态 如果存在另一过程 它能使系统回到原来状态 同时消除原来过程对外界所引起的一切影响 则原来的过程就称为可逆过程 反之 如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原 则原过程称为不可逆过程 是什么原因使过程不可逆呢 1 摩擦生热 功转变为热 过程不可逆 例 石头在地面上滑动 2 涉及由非平衡态向平衡态过渡的非准静态过程不可逆 例1 气体的绝热自由膨胀 例3 向水中滴入墨水 例2 气体快速压缩或膨胀 例4 有限温差热传导 可正转 也可反转 只有无摩擦的准静态过程才可逆 可逆过程例1 气体无摩擦无穷小压缩或膨胀 可逆循环 由可逆过程组成的循环 孤立系统在进行可逆过程时 系统总是处于平衡态 结论 可逆过程例2 无摩擦的等温热传导 可逆热机 工质按可逆循环工作的热机 正循环 热机 逆循环 致冷机 9 3 3卡诺循环和卡诺定理 由两个无摩擦等温过程和两个准静态绝热过程组成 是一种可逆循环 卡诺热机 可逆热机 卡诺循环 以理想气体工质为例 从高热源T1吸的热 向热源T2放的热 推导卡诺循环效率 因此 则 提高高温热源温度T1和降低低温热源温度T2 是提高热机效率的有效途经 卡诺定理 1 工作在相同高温热源和低温热源之间的一切可逆热机 其效率与工质无关 都是 2 工作在相同高温热源和低温热源之间的热机 以可逆热机的效率为最高 卡诺热机的效率只由两个热源的温度决定 用Q2代表工质从热源T2吸收的热量 则有 可逆循环 不可逆循环 结论 在两热源循环中 系统热温比之和小于或等于零 对可逆与不可逆差别的定量描述 对熵概念的引入起重要作用 海水温差发电 利用海水的温差可以制成热机 海洋表层的水温可达20 30 而深层海水的温度接近0 通常用沸点很低的液态氨吸收海水表层的热量 在蒸发器中变成氨蒸汽推动气轮发电机发电 之后氨蒸气用从深海抽上来的低温海水冷却还原为液态氨 再泵入蒸发器循环使用 目前海洋温差发电技术的研究取得了实质性进展 美 印 日等国都
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