第16讲-循环过程与卡诺循环要点.ppt

1、大学物理电子教案,第16讲 循环过程与卡诺循环,7.4 理想气体的等温过程和绝热过程 等温过程 绝热过程 绝热线和等温线 7.5 循环过程 卡诺循环 循环过程 卡诺循环,塔里木大学教学课件,复 习,热学的研究对象及其分类 气体物态参量 平衡态与准静态过程 理想气体的物态方程,功,热量,内能,热力学第一定律,热力学第一定律在理想气体的等体和等压过程的应用,摩尔热容,7.4 理想气体的等温过程和绝热过程,一、等温过程,特点： 理想气体的温度保持不变，T=const 过程曲线： 在PV图上是一条双曲线，叫等温线。 过程方程：,内能、功和热量的变化,系统从外界吸收的热量，全部用来对外作功。,二、绝热过

2、程,1、绝热过程,特点： 系统与外界没有热量交换的过程，Q=0。,内能和功的变化,特征： 在绝热过程中，系统对外界所作的功是由于系统内能的减少来完成的。,2、绝热方程,推导：对绝热过程，由热力学第一定律,对于理想气体,考虑,将上式与理想气体的状态方程结合即可得另外两式。,绝热过程计算功的方法 将绝热方程 代入 得,三、绝热线和等温线,绝热线,等温线,斜率,斜率,因为 =CP,m/CV,m1，所以绝热线比等温线更陡,四、多方过程,实际上，气体所进行的过程，常常既不是等温又不是绝热的，而是介于两者之间，可表示为 PVn =常量 （n为多方指数） 凡满足上式的过程称为多方过程。 n =1 等温过程

3、n = 绝热过程 n= 0 等压过程 n = 等容过程 一般情况1 n ，多方过程可近似代表气体内进行的实际过程。,多方过程的功,吸收热量,多方过程内能的变化,在热机中被用来吸收热量并对外作功的物质叫工作物质，简称工质。工质往往经历着循环过程，即经历一系列变化又回到初始状态。,2、特点： 若循环的每一阶段都是准静态过程，则此循环可用P-V图上的一条闭合曲线表示。工质在整个循环过程中对外作 的净功等于曲线所包围的面积。 系统经过一个循环以后，系统的内能没有变化,7.5 循环过程 卡诺循环,一、循环过程,1、定义： 系统经过一系列状态变化以后，又回到原来状态的过程叫作热力学系统的循环过程，简称循环

4、。,沿顺时针方向进行的循环称为正循环。 沿逆时针方向进行的循环称为逆循环。,二、热机和制冷机,1、循环过程的分类,2、热机,工作物质作正循环的机器，称为热机，它是把热量持续不断地转化为功的机器。,正循环的特征： 一定质量的工质在一次循环过程中要从高温热源吸热Q1，对外作净功W，又向低温热源放出热量Q2。并且工质回到初态，内能不变。 工质经一循环 W= Q1-Q2,热机效率或循环效率： 表示热机的效能,逆循环的特征： 制冷机经历一个逆循环后，由于外界对它作功，可以把热量由低温热源传递到高温热源。在一个循环中，外界作功W，从低温热源吸收热量Q2，向高温热源放出热量Q1。并且工质回到初态，内能不变。

5、,制冷系数： 表示制冷机的效能,3、制冷机,工作物质作逆循环的机器，称为制冷机，它是把热量从低温热源抽到高温热源的机器。,三、卡诺循环,法国工程师、热力学的创始人之一。 他创造性地用“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，创造了一部理想的热机卡诺热机。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。,概念：卡诺循环过程由四个准静态过程组成，其中两个是等温过程和两个是绝热过程组成。卡诺循环是一种理想化的模型。,分类 正循环卡诺热机 逆循环卡诺制冷机,1、卡诺循环,A

6、B：等温膨胀过程，体积由V1膨胀到V2，内能没有变化，系统从高温热源T1吸收的热量全部用来对外作功,BC：绝热膨胀，体积由V2变到V3，系统不吸收热量，对外所作的功等于系统减少的内能,2、卡诺热机：正循环,卡诺热机的四个过程,CD：等温压缩过程：体积由V3压缩到V4，内能变化为零，系统对外界所作的功等于向低温热源T2放出的热量,DA：绝热压缩绝热压缩过程：体积由V4变到V1，系统不吸收热量，外界对系统所作的功等于系统增加的内能。,在一次循环中，系统对外界所作的净功为 |W|= Q1-Q2,理想气体卡诺循环 的效率只与两热 源的温度有关,卡诺热机效率,应用绝热方程,BC过程,DA过程,两式比较,

7、卡诺热机的效率只由高温热源和低温热源的温度决定，高温热源温度越高，低温热源温度越低，则循环效率越高；,说明：,高温热源的温度不可能无限制地提高，低温热源的温度也不可能达到绝对零度，因而热机的效率总是小于1的，即不可能把从高温热源所吸收的热量全部用来对外界作功。,工质把从低温热源吸收的热量和外界对它所作的功以热量的形式传给高温热源，其结果可使低温热源的温度更低，达到制冷的目的。吸热越多，外界作功越少，表明制冷机效能越好。用制冷系数e表示之。,3、卡诺制冷机：逆循环,制冷机的 工作原理,制冷系数,例题1,一卡诺热机在1000 K和300 K的两热源之间工作，试计算(1)热机效率;(2)若低温热源不变，要使热机效率提高到80%，则高温热源温度需提高多少?,解：根据题意，得,如果：,一理想热机工作在一温度为1