§5-4循环过程 卡诺循环

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1698年塞莱斯和1712年纽科门先后发明了蒸汽机，当时蒸汽机的效率极低.瓦特在1763～1781年期间对蒸汽机进行了重大改进，大大提高了效率.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.各种热机的效率液体燃料火箭柴油机汽油机蒸汽机§5-4循环过程卡诺循环 火力发电厂外貌 冷凝塔发电机水泵除尘器汽轮机传送带锅炉空气碾磨机烟筒水管喷射给水器火力发电厂结构示意图 热机的三个要素: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.1)工作物质2)两个或两个以上温度不同的热源3)对外作功的机械装置 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（取绝对值）净功特征一、循环过程AC总吸热总放热 思考下列的静电永动机能否实现？++--++--++++绝缘杆绝缘杆带电杆带电杆的热机称为第一类永动机。由热力学第一定律得到：第一类永动机是不可能实现的. 1.正循环(热机循环)过程曲线沿顺时针方向，系统对外作正功。循环效率：一次循环过程中系统对外做的功占它从高温热源吸热的比率。在一正循环中,系统从高温热源吸热Q1，向低温热源放热Q2(Q2>0),系统对外作功AC 2.逆循环（制冷循环）过程曲线沿逆时针方向，系统对外作负功.循环曲线所包围的面积等于循环过程中系统对外做的净功。正循环A>0，逆循环A<0.AC 1423例11mol理想气经过如图所示的循环过程，其中,求1—2、2—3、3—4、4—1过程中热机的效率.解：分析吸热与放热过程1-2等体升压，吸热2-3等压膨胀，吸热3-4等体降压，放热4-1等压压缩，放热 1423 1423与工作物质有关单原子刚性双原子 在一循环中，若系统只和高温热源(温度T1)与低温热源(温度T2)交换热量，这样的循环称卡诺循环.二、卡诺循环低温热源高温热源卡诺热机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. 1、卡诺热机以一理想气体为工作物质，计算卡诺循环的热机效率。卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。A14231—2等温膨胀2—3绝热膨胀3—4等温压缩4—1绝热压缩 A14234与1在同一绝热线2与3在同一绝热线称为闭合条件 －卡诺热机效率热机至少要在两个热源间进行循环。从高温热源吸热然后释放一部分热量到低温热源去，因而两个热源的温度差才是热动力的真正源泉. 1)卡诺热机的效率只与T1、T2有关，与工作物无关,与气体的质量无关，与P、V的变化无关。3)现代热电厂中，高温热源温度T1=900K，低温热源即大气，T2=300K。由理论计算得出热机效率~65%，但实际上热机效率40%。其原因：是：非卡诺循环，有摩擦存在，过程非准静态。讨论2)两个热源的温差越大，热机的效率越高。实际方法是提高高温热源的温度T1。 2、卡诺致冷机（卡诺逆循环）制冷循环工作物质从低温热源吸收的热量和外界对它所做的功全部以热量的形式传给高温热源。低温热源高温热源卡诺热机A1423 4—3等温膨胀3—2绝热压缩2—1等温压缩1—4绝热膨胀A1423闭合条件 定义致冷系数卡诺制冷机的制冷系数3）低温热源的热量是不会自动地传向高温热源的，要以消耗外功为代价。1）卡诺制冷机的制冷系数与工作物质无关，只与两个热源的温度有关。讨论2）两个热源的温差越小，卡诺制冷机的制冷系数越大。 思考:由已知条件判断图中两个卡诺热机的效率是否相等。1）工作在相同高温热源和低温热源之间的两个卡诺热机，已知A1>A2卡诺热机的效率可知两个卡诺热机的效率相等 2）工作在不同高温热源和低温热源之间的两个卡诺热机，已知A1=A2卡诺热机的效率可知两个卡诺热机的效率不等，且 例1如图，MT为等温线，MQ为绝热线，则在AM,BM,CM三种准静态过程中，问哪个过程温度升高，哪个过程是吸热过程？解：VPACOBMTQ考虑循环CMQC.A>0吸热.但Q=QCM+QQC,而QC放热,故CM吸热.同理：AM,BM放热。BM,CM过程为升温过程由p-V图可以看出 例21mol氧气作如图循环，从初态等体升压，使压强增加2倍；再经等温膨胀和等压压缩至初态。试计算循环效率.解：各过程的吸放热情况A-B等体升压，吸热B-C等温膨胀，吸热C-A等压压缩，放热各状态参量的关系 例3一卡诺热机工作在T1=400K与T2=300K两个热源之间，每一次循环对外做功8000J。若维持低温热源温度不变，提高了高温热源的温度后发现，每一次循环对外做净功10000J。若两个卡诺热机工作在相同的绝热线间，求（1）第二个热机的效率解：第一个热机的效率 由得第一个热机从高温热源吸收热量32000J，向低温热源放出热量24000J第二个热机的低温热源温度不变，向低温热源放出热量仍然为24000J，对外做功10000J，从高温热源吸收热量34000J。第二个热机的效率 高温热源的温度提高（2）高温热源的温度提高了多少？ 例4一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,每天需作功功率由致冷机致冷系数得