8-5 循环过程 卡诺循环
热力学循环卡诺循环与效率计算
热力学循环卡诺循环与效率计算热力学循环是热力学与工程学的重要分支，通过循环过程中发生的能量转换，使得能量的利用更加高效。
卡诺循环作为热力学循环的一种理想模型，具有很高的效率，被广泛研究和应用。
一、热力学循环概述热力学循环是指在一定条件下，通过一系列过程将能量转化为工作，并将工作再转化为能量的过程。
其中最基本的热力学循环包括：卡诺循环、斯特林循环、布雷顿循环和奥托循环等。
二、卡诺循环简介卡诺循环是热力学中一种特殊的循环过程，它由两个等温过程和两个绝热过程组成，被认为是一种理想的热力学循环。
卡诺循环的基本原理是利用高温热源和低温热源之间的温差，实现热能的转化。
三、卡诺循环的过程1. 等温膨胀过程（A→B）：工质从高温热源吸收热量Q1，温度保持不变。
2. 绝热膨胀过程（B→C）：工质不与外界交换热量，但对外界做功，温度下降。
3. 等温压缩过程（C→D）：工质向低温热源释放热量Q2，温度保持不变。
4. 绝热压缩过程（D→A）：工质不与外界交换热量，但对外界做功，温度上升。
四、卡诺循环的效率计算卡诺循环的效率可以通过热量转化为可用工作的比例来表示。
根据热力学第一定律和第二定律，卡诺循环的效率可以计算为1减去低温热源与高温热源之间的温度比。
卡诺循环的效率计算公式如下所示：η = 1 - T2 / T1其中，η表示卡诺循环的效率，T1表示高温热源的绝对温度，T2表示低温热源的绝对温度。
五、卡诺循环的应用卡诺循环作为一种理想化的热力学循环模型，在工程领域有着广泛的应用。
其主要用途包括：1. 理论基础：卡诺循环为研究其他热力学循环提供了理论基础。
2. 效率分析：卡诺循环的效率计算方法可以作为评估其他循环效率的基准。
3. 工程设计：卡诺循环的原理可以应用于工程设计，提高能源的利用效率。
六、结语热力学循环是研究能量转换的重要领域，而卡诺循环作为热力学循环的理想模型，具有高效率和广泛的应用价值。
通过对卡诺循环的研究，我们可以更好地理解能量转换的原理，并在工程设计中提高能源利用的效率。
卡诺循环的基本原理概论
卡诺循环的基本原理概论
卡诺循环是一种理想的热力学循环过程，用于理解和分析热机效率的上限。
它的基本原理可以概述如下：
1. 回火过程：卡诺循环包括两个等温过程和两个绝热过程。
首先，工作物质处于高温热源接触的等温过程中，吸收热量并扩张，达到最高温度状态。
这个过程可以看作是与热源回火，使得工作物质的温度与热源保持一致。
2. 绝热过程：在达到最高温度后，工作物质与热源断开接触，进入绝热过程。
在这一过程中，工作物质不与任何外界热源接触，且不进行热交换，只进行机械功。
3. 冷却过程：绝热过程结束后，工作物质与低温冷源接触的等温过程开始。
在这个过程中，工作物质释放热量，并收缩，使其达到最低温度状态。
4. 再次绝热过程：一旦工作物质与冷源断开接触，进入第二个绝热过程。
在这个过程中，工作物质不与任何外界热源接触，只进行机械功。
通过以上四个基本步骤，卡诺循环实现了从高温热源获取热量并转化为机械功的过程。
其关键在于等温和绝热过程的有序变化，使得热量在温度梯度中高效地转化为机械能。
卡诺循环的效率即为机械功与吸收的热量之比，被热力学界认为是
可逆热机的最高效率。
热力学循环卡诺循环和效率
热力学循环卡诺循环和效率热力学循环：卡诺循环和效率热力学循环是指在一定条件下，热能的转化和热能与其他形式能量之间的相互转化循环过程。
其中，卡诺循环作为最基本的循环过程之一，被广泛应用于热力学研究和工程实践中。
本文将介绍卡诺循环的基本原理和效率计算方法，以及其在能源系统中的应用。
一、卡诺循环的基本原理卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成的理想热力学循环。
在卡诺循环中，工作物质按照一定的路径在热源和冷源之间进行循环过程，从而完成热能的转化。
1.1 等温过程在卡诺循环中的两个等温过程是指工作物质与热源保持恒定的温度，并从热源吸收或放出一定的热量。
在这两个等温过程中，工作物质发生状态变化，能量转化为对外界的功或从外界获得的功。
1.2 绝热过程在卡诺循环中的两个绝热过程是指工作物质与外界没有热量交换，只是通过与外界进行机械作用来转化能量的过程。
在绝热过程中，工作物质发生状态变化，由于不与外界进行热交换，故在这两个阶段中不发生热量的传递。
二、卡诺循环的效率计算卡诺循环的效率是指在给定的热源温度和冷源温度下，能够将热能转化为对外界的最大功率的百分比。
卡诺循环的效率由卡诺功率公式计算得出，该公式为：η = 1 - Tc/Th其中，η为卡诺循环的效率，Tc为冷源温度，Th为热源温度。
从该公式可以看出，卡诺循环的效率只与温度有关，与具体工质无关。
三、卡诺循环的应用卡诺循环作为最理想的热力学循环，被广泛应用于能量系统中，特别是工程实践领域。
以下是卡诺循环在能源系统中的主要应用。
3.1 内燃机卡诺循环在内燃机中的应用是将燃料的化学能转化为对外界的功，从而实现动力输出。
内燃机通过对工质进行循环过程，将燃料的化学能转化为机械能，从而驱动车辆或机械设备的运转。
3.2 汽轮机汽轮机是利用蒸汽的压力和温度对涡轮进行机械作用，将热能转化为机械能。
在汽轮机内部，蒸汽按照卡诺循环的原理进行循环过程，从燃料燃烧所释放的热量中提取能量并转换为机械功。
8-5 循环过程 卡诺循环
8 – 5
循环过程 卡诺循环
Q =∆E =νC (T −T ) ca V a c 3 = V( pa − pc ) = 450R 2
物理学教程 第二版） （第二版）
ca是等体过程 是等体过程
循环过程中系统吸热
Q = Q +Q = 600Rln2 + 450R = 866R 1 ab ca
循环过程中系统放热
V1 T1 = V4 T2
γ −1
γ −1
8 – 5
循环过程 卡诺循环
物理学教程 第二版） （第二版）
p p1
A
T1 > T 2
Qab
T1
B C
V 2 V3 = V1 V 4
卡诺热机效率
p2 p4
W
D
p3
o V1 V4
Qcd T2
V2
V
V3
T2 η = 1− T1
卡诺热机效率与工作 物质无关， 物质无关，只与两个热源 的温度有关， 的温度有关，两热源的温 差越大， 差越大，则卡诺循环的效 率越高 .
8 – 5
循环过程 卡诺循环
物理学教程 第二版） （第二版）
冰箱循环示意图
第八章 热力学基础
8 – 5 例1
循环过程 卡诺循环
物理学教程 第二版） （第二版）
1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其 氦气经过如图所示的循环过程， 中 p 2 = 2 p1 , V 4 = 2V1 求1—2、2—3、3—4、4—1 各过程中气体吸收的热量和热机的效率 .
W Q1 − Q2 Q2 = = 1− 热机效率 η = Q1 Q1 Q1
一个循环中工质从冷库中吸取的热量Q 一个循环中工质从冷库中吸取的热量 2与外界对工质作所 的比值，称为循环的致冷系数 的功A 的比值，称为循环的致冷系数
8-5循环过程,卡诺循环
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
三 制冷循环过程 1. 循环曲线逆时针。 系统吸热，对外做正功；返回 时，系统放热，对外做负功； 循环面积为负值（W＜0）。 高温热源
P
1
Q放
逆循环
W
o
Q吸
2
V2
V
Q放
致冷机
V1
W
2. 制冷机－热泵
是逆循环工作的 ，是通过 外界作功将低温源的热量传递到 高温源中。使低温源温度降低。 16
第八章 热力学基础
五
理想气体卡诺循环热机效率
Q放 T2 得 C 1 1 Q吸 T1
1
讨论： ⑶热机效率不能大于 1 或等于 1，只能小于 1。 •如果大于 1，W ＞ Q吸 则违反了能量守恒定律。 •如果为 1 则要么 T2＝0， 但现在的技术还不能达到绝对 0 K； 要么 T1→∞， 这是不能实现的.
2 → 3 绝热过程
p2 p4
W
4
p3
V2↑→ V3，Q23＝0， T 1↓→T2
T2
V2
o V1 V4
V
V3
V2 T1 V3 T2
1
1
20
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
四 卡诺循环 1 → 2 等温膨胀吸热
m V2 Q吸 Q12 RT1 ln M V1
2 → 3 绝热过程
Q吸
低温热源
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础 冷凝器
电冰箱工作原理
Q放
压缩机 节流阀 Q吸 冰室
17
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
p
A
Q放
卡诺循环
循环过程 卡诺循环
可见，制冷系数表示对系统做单位功时可从低温热源 吸走多少热量.显然，ε越大，制冷机的制冷效果就越好.
同样，式（7- 26）中的各个量都只代表大小.需要注意 的是，热机的效率总是小于1的，而制冷机的制冷系数则往 往是大于1的.在掌握效率和制冷系数的公式时，应该注意两 者在定义时有一个共同的特点，那就是都把人们所获取的效 益放在分子上，而付出的代价则放在分母上.
循环过程 卡诺循环
二、 卡诺循环
从19世纪起，蒸汽机在工业、交通运输中的 应用越来越广泛.但是蒸汽机的效率很低，只有3% ～5%，这就意味着95%以上的热量都没有得到利 用.虽然人们在结构上不断加以改进，尽量减少漏 气、散热、摩擦等因素的影响，但热机效率也只 有微小的提高.在生产需求的推动下，许多科学家 和工程师开始从理论上来研究热机的效率问题.
热量交换的情况是：系统在膨胀过程abc中内能增加，因 而将从高温热源吸收热量Q1；在压缩过程cda中内能减小，因 而将向低温热源放出热量Q2，在整个循环过程中，系统吸收的 净热量Q=Q1－Q2．因为一次循环中内能的增量ΔE=0，所以由 热力学第一定律可得
Q1－Q2=W 即系统吸收的净热量等于它对外界所做的净功. 对上式进行变形，可得
图7- 9 循环过程
循环过程 卡诺循环
因为系统(工作物质)的内能是状态的单值函数，所以每完成一 次循环，系统的内能保持不变，即dE＝0，这是循环过程的基本特 征.按过程进行的方向，可以把循环过程分为两类.在p- V图上，若 循环是沿顺时针方向进行的，则称为正循环；相反，若循环是沿逆 时针方向进行的，则称为逆循环.正循环代表热机的工作过程，蒸 汽机、内燃机等热机的工作过程都可以抽象为一个正循环过程；逆 循环代表制冷机的工作过程，冰箱、空调等制冷机的工作过程都可 以抽象为一个逆循环过程.
卡诺循环的四个过程公式
卡诺循环的四个过程公式卡诺循环是热力学中的一个重要概念，它描述了理想热机的工作原理。
卡诺循环包括四个过程，分别是等温膨胀过程、绝热膨胀过程、等温压缩过程和绝热压缩过程。
本文将详细介绍卡诺循环的四个过程，并给出每个过程的数学公式。
一、等温膨胀过程等温膨胀是卡诺循环的第一个过程，也是一个重要的步骤。
在等温膨胀过程中，系统与热源接触并吸热，温度保持不变。
这个过程可以用以下公式表示：Q1 = nRTln(V2/V1)其中，Q1代表系统从热源吸收的热量，n代表物质的摩尔数，R代表气体常数，T代表热源的温度，V1和V2分别代表起始和终止状态下的体积。
二、绝热膨胀过程绝热膨胀是卡诺循环的第二个过程，也是影响循环效率的重要步骤。
在绝热膨胀过程中，系统与外界不进行能量交换，即没有热量传入或传出。
根据热力学第一定律，绝热过程中气体的内能保持不变。
这个过程可以用以下公式表示：W1 = C_v(T1 - T2)其中，W1代表系统所做的功，C_v代表比热容，T1和T2分别代表起始和终止状态下的温度。
三、等温压缩过程等温压缩是卡诺循环的第三个过程，与等温膨胀过程相反，系统从工作物质中释放热量并传递给冷源。
这个过程可以用以下公式表示：Q2 = nRTln(V3/V4)其中，Q2代表系统向冷源释放的热量，n代表物质的摩尔数，R代表气体常数，T代表冷源的温度，V3和V4分别代表起始和终止状态下的体积。
四、绝热压缩过程绝热压缩是卡诺循环的最后一个过程，与绝热膨胀过程相反，系统不与外界交换能量。
这个过程可以用以下公式表示：W2 = C_v(T4 - T3)其中，W2代表系统所做的功，C_v代表比热容，T4和T3分别代表起始和终止状态下的温度。
以上就是卡诺循环的四个过程公式。
通过以上公式，我们可以计算出每个过程中的热量变化和做功情况，进而分析循环的性能和效率。
卡诺循环作为理想热机，为热力学的发展做出了重要贡献，也为实际热机的设计和优化提供了理论基础。
循环过程和卡诺循环
Q吸正循环
Q放
W
V
T1 T2
二、热机、热机效率
1.什么是热机 把热能转换为机械能的装 置称为热机，如蒸汽机、内燃 机等。
A Qab
T1
D
o
W
B C
V
Qcd T2
2.工作示意图 高温热源T1 工作物质从高温热源吸取热 量，内能增加，通过对外作功使 Q吸 内能减小，再通过向低温热源放 热，系统内能进一步减小而回到 热机 W 原来的状态。 Q放 3.热机效率 在热机工作的一个循环过程 低温热源T2 中，吸收的热量转化为机械功的 百分比称为该热机的效率。 W 功和热的量值一般均指绝对值。 由能量守恒 W Q吸 |Q放 |, Q
CV (T4 T1 )
12为绝热压缩过程
V T C
T1 V1 V2 1 T2 T4 V1 T3 V2
1
1
V T V T
34为绝热膨胀过程
1 1
1 2 1
1 1 2
V1 T3 V2 T4
例1
图中两卡诺循环
W1 W2
W1
W2
1 2 吗 ？
p
T3 W1
T1
p
T2
W1 W2
W2
T1
T2
o
1 2
V
o
1 2
2
V
等温线 绝热线
例2：两个循环过程，过程1 1—2 1 等温、2—3 绝热、3—4 等压、 P 4—1 绝热。过程2 1—2 等温、 2—3’ 等容、3’—4等压、4—1 绝 热。试比较哪个过程热机效率高。
V2 T1 V3 T2
D — A 绝热过程
8-5 循环过程 卡诺循环
物理学教程 第二版） （第二版）
p p1
A
T1 > T 2
Qab
T1
B C
p2 p4
W
D
V ln 3 Q T2 V4 2 η =1− =1− Q T lnV2 1 1 V 1
p3
V2 V3 m V2 Q = Q = RT ln A — B 等温膨胀吸热 等温膨胀吸 ab 1 1
o V1 V4
Qcd T2
物理学教程 第二版） （第二版）
Ta=Tc=600 K， b m' Va Qca = RTc ln = 3456 J M Vc Va Vb o Q = ， a → b是等压过程 ∴ T = 300 K 1 ∴ b Ta Tb p c m' Qab = C p ( Tb − Ta ) = −6232.5J M bc 是等容过程 b m' Qbc = Cv ( Tc − Tb ) = 3739.5J M 第八章 热力学基础
W
D
B — C 绝热过程
γ −1
V ln 3 Q T2 V4 2 η =1− =1− Q T lnV2 1 1 V 1
p3
Qcd T2
V2
V2 T =V3 T2 1
V
D — A 绝热过程
γ −1
o V1 V4
卡诺热机效率
V3
T2 η = 1− T1
第八章 热力学基础
V T =V4 T2 1 1 γ −1 γ −1 V V V2 V3 3 2 = ∴ = V V 1 4 V V4 1
第八章 热力学基础
8 – 5
循环过程 卡诺循环
作功
物理学教程 第二版） （第二版）
放热
普通物理5.2循环过程卡诺循环PPT课件
在追求效率的同时，需要考虑 能源的可持续性，减少对环境
的负面影响。
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总结词：等熵过程是卡诺循环中气体熵值保持不变的过程，气体被压缩，外界对 气体做功。
等容过程
等容过程是卡诺循环的第三阶段，在这一过程中气体体积保 持不变，不进行对外做功，同时也不从外界吸热或放热。
总结词：等容过程是卡诺循环中气体体积保持不变的过程， 气体既不进行对外做功，也不从外界吸热或放热。
03 卡诺循环的效率分析
效率与温度的关系
高温热源温度
高温热源温度越高，卡诺循环的效率 越高。
低温热源温度
低温热源温度越低，卡诺循环的效率 越高。
04 卡诺循环的应用和意义
卡诺循环在热力学中的应用
热机效率的极限
卡诺循环揭示了热机的最高效率，为 提高热机的效率提供了理论指导。
热力学第二定律的表述
卡诺循环是热力学第二定律的重要推 论，它说明了热量自发地从高温向低 温传递，而不是相反。
02 卡诺循环的工作原理
等温过程
等温过程是卡诺循环的第一阶段，在 这一过程中气体从高温热源吸热，对 外界做功，温度保持不变。
总结词：等温过程是卡诺循环中温度 保持不变的过程，气体从高温热源吸 热并对外界做功。
等熵过程
等熵过程是卡诺循环的第二阶段，在这一过程中气体压缩，外界对气体做功，但 气体的熵值保持不变。
普通物理5.2循环过程卡诺循环 ppt课件
目 录
• 卡诺循环简介 • 卡诺循环的工作原理 • 卡诺循环的效率分析 • 卡诺循环的应用和意义 • 结论与展望
01 卡诺循环简介
卡诺循环的发现和历史
01
卡诺循环由法国工程师尼古拉斯· 莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提 出，是热力学中的一个基本理论 。
8-5 循环过程 卡诺循环
则
Q2 T2 e W T1 T2
Q2 T1 T2 W Q2 e T2
第八章 热力学基础
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
每秒钟从室内取走的热量为通过起居室墙壁导进的 热量，即
T1 T2 Q2 T1 T2 W Q2 C e T2 T2
Q2 C (T2 T1 )
1
1
7
0.4
55%
实际上汽油机的效率只有25％左右。
第八章 热力学基础
物理学教程 （第二版）
持他们的起居室处于一个舒适的温度，现考虑用卡诺
循环机来作温度调节，设月球白昼温度为100℃，而夜
间温度为 1000C，起居室温度要保持在20℃ ，通过起 居室墙壁导热的速率为每度温差0.5kW。 求: 白昼和夜间给卡诺机提供的功率。 解: 在白昼欲保持室内温度低，卡诺机工作于致冷 机状态，从室内吸取热量Q2 ， 放入室外热量Q1
2
10.9 10 W
3
在黑夜欲保持室内温度高，卡诺机工作于致冷机 状态，从室外吸取热量Q1， 放入室内热量Q2
Q1 T1 e W T2 T1
第八章 热力学基础
T1 Q1 W T2 T1
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
每秒钟放入室内的热量为通过起居室墙壁导出的热量
Q 2 Q1 W C (T2 T1 ) T1 T2 W W W T2 T1 T2 T1
解得
C (T2 T1 ) 3 W 24.6 10 W T2
2
此种用可逆循环原理制作的空调装置既可加热，又可
降温，这即是所谓的冷暖双制空调。
循环过程卡诺循环讲解课件
在实际应用中，卡诺循环的能耗较高，需要进一步改进以降低能耗。
05
卡诺循环与其他循环的比较
卡诺循环与布雷顿循环的比较
总结词
卡诺循环和布雷顿循环在原理和应用上有显著差异。
详细描述
卡诺循环是一种理想化的热力学循环，由两个等温过程和两个绝热过程组成，其效率受到限制；而布雷顿循环是 一种实际应用的热力学循环，由吸热、膨胀、放热、压缩四个过程组成，其效率相对较高。在应用方面，卡诺循 环主要用于理论研究和教学，而布雷顿循环广泛应用于航空航天、汽车、制冷等领域。
02
卡诺循环原理
卡诺循环的四个过程
1. 等温吸热过程
系统从高温热源吸收热量，对外做功。
2. 等温放热过程
系统将吸收的热量传递给低温热源，同时对外做功。
3. 绝热压缩过程
系统在环境的作用下，压缩气体，使其压力升高。
4. 绝热膨胀过程
系统在环境的作用下，膨胀气体，使其压力降低。
卡诺循环的效率
01
卡诺循环的效率是热力学第二 定律的基础，它表示一个理想 的可逆循环过程的效率。
模拟软件介绍与使用方法
软件：可以使用Matlab、Python等编程语言编写卡诺循 环模拟程序。
方法
1. 建立数学模型：根据卡诺循环的工作原理，建立相应 的数学模型。
2. 编写程序：使用编程语言编写程序，实现数学模型的 计算。
3. 运行程序：输入相应的参数，如工质的种类、温度、 压力等，运行程序进行模拟计算。
采用新型热交换器
新型热交换器具有更高的 传热效率和更小的热阻， 可以提高制冷机的效率。
卡诺循环的极限与挑战
温度限制
卡诺循环的效率受到热源和冷源温度的限制，因为高温热源和低温 冷源的获得受到技术限制。
《卡诺循环演示》课件
通过优化卡诺循环，可以提高热力发电的效率，减少能源损 失。
在节能技术中的应用
节能原理
卡诺循环在节能技术中应用了热力学 的基本原理，通过优化循环过程，提 高能源利用效率。
节能技术应用
卡诺循环在各种节能技术中得到广泛 应用，如建筑节能、汽车节能等。
卡诺循环的展望
05
未来卡诺循环的发展方向
《卡诺循环演示》ppt 课件
目录
• 卡诺循环简介 • 卡诺循环的四个过程 • 卡诺循环效率的计算 • 卡诺循环的应用 • 卡诺循环的展望
卡诺循环简介
01
卡诺循环的起源
卡诺循环由法国工程师尼古拉 斯·卡诺提出，是热力学中的一 个基本理论循环。
卡诺循环起源于19世纪初，随 着工业革命的推进，人们开始 关注热能与机械能之间的转换 。
热力学优化
深入研究卡诺循环的热力学特性，优化循环参数和工质选择，以提 高循环效率。
控制技术改进
采用先进的控制算法和智能传感器技术，实时监测和调整卡诺循环 的运行状态，实现高效稳定的能量转换。
THANKS.
程
等温吸热过程
总结词
等温条件下，系统从热源吸收热量
详细描述
在等温吸热过程中，系统从高温热源开始，温度保持不变，只吸收热量，不进 行做功。这个过程可以用等温方程表示为：Q1 = ΔH。
等容加热过程
总结词
系统体积保持不变，从外界吸收热不变，只从外界吸收热量，不进行做功。这 个过程可以用等容方程表示为：Q2 = ΔU。
热电发电
利用卡诺循环原理，将热 能转换为电能，为新能源 发电提供新的技术路径。
热泵技术
通过卡诺循环实现低温热 能的收集和利用，提高能 源利用效率和节能减排。
5循环2013.
放热
吸热
p
A
T1=300K
RT1
ln
V2 V1
RT2
ln
V1 V2
RT1
ln
V2 V1
R
5 2
(
T1
T2
)
B D
T2=200K C
15%
V1
V2 12 V
1 mol双原子分子理想气体作如图的可逆循环过 程，其中1－2为直线，2－3为绝热线，3－1为等 温线．已知T2 =2T1，V3=8V1 试求：
V
蒸汽机 8%
世界先进水平：汽油机 40% 柴油机 60%
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 .
三、制冷机循环
1.工质作逆循环的机器--------制冷机
高温热源
Q1
W 制冷机
Q2
低温热源
p
Q1
W 0
Q2
v
2. 工作原理：外界对系统作功W ，系统从低温 热源吸热Q2 ，向高温热源放热Q1
V
•逆循环：制冷机循环 (W净<0) P
P-V图上为逆时针方向
V
二、热机循环
1.能完成正循环的机器--------热机。
2. 工作原理：从高温热源吸收热量Q1 ，对外 作功W，同时向低温热源放热Q2
高温热源
Q1
W
热机
P
Q1
W 0
Q2
低温热源
Q2
V
热机组成：工作物质、高温热源（锅炉）、低温 热源（冷凝器、大气）
原因：非卡诺，非准静态，有摩擦。
8.5循环过程 卡诺循环
p
2 Q1 3 O V2 V3
4 Q2
1
V1 V
③ 3 → 4 。燃料燃烧完毕 后，不再获取热量，气体靠 惯性继续膨胀并对外界做功 （绝热膨胀降温降压）；
④ 4 → 1 。排出做功后的 废气并再次吸入新的空气， 准备进行下一次循环（等体 放热降温降压）。
Q1 Cp (T3 T2 ) Q2 CV (T4 T1)
T1
1
1 ( 1)
1
由于 1, 1，所以在 相同的情况下，狄赛尔循环
的效率比奥托循环的效率要低。不过狄赛尔循环不受压缩
比不能大于 10 的限制，一般可取在 15～20 之间，所以实 际柴油机的效率要大于汽油机的效率。
3. 蒸汽动力机循环 蒸汽动力机包括蒸汽机和蒸汽轮机两种，它们进行的循环
热泵型空调将两只热交换器分别置于室内和室外，并借助 一个四通阀对流出压缩机的高压气体流向进行切换。
8.5.4 卡诺循环
1. 卡诺循环 19世纪初，虽然热机的使用已经相当广泛，但那时热机的
效率非常低，仅为3％～5％，绝大部分热量都没有得到充分 利用。1824年，法国青年工程师卡诺（1796～1832）设计出 一种理想的正循环 —— 卡诺循环，并从理论（ 卡诺定理 ） )
Q2 CV (T4 T1)
1 Q2 1 T4 T1
Q1
T3 T2
应用绝热过程方程：
1
T3 T4
T2 T1
V1 V2
1
T3 T4
T2 T1
T3 T2 T4 T1
V1 V2
《卡诺循环演示》课件
卡诺循环效率
卡诺循环的效率是根据热源温度和冷源温度计算得出的。它是所有可能的热力学循环中达到的最大效率。
卡诺循环计算公式
卡诺循环效率的计算公式是根据热源温度和冷源温度的比值来计算的：η = 1 (Tc/Th)，其中Tc为冷源温度，Th为热源温度。
热机效率的限制
卡诺循环的效率限制了所有实际热力学循环的效率。无法通过其他方式达到或超过卡诺循环的效率。
《卡诺循环演示》
卡诺循环演示是介绍卡诺循环的最佳方式。通过图形和实例展示卡诺循环的 概念，使观众能够更好地理解热力学原理和效率计算。
卡诺循环介绍
卡诺循环是一种理想化的热力学循环，由等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程组成。
卡诺循环过程
卡诺循环的过程包括热源加热、工作物质膨胀、冷源冷却和工作物质压缩。这些过程是可逆、闭合和无摩擦的。
卡诺循环的应用
卡诺循环的理论和应用广泛应用于热力学、能源工程和制冷空调等领域。它 提供了优化能源转换和利用的方法。Fra bibliotek总结和展望
卡诺循环演示通过图像和简洁的文字对卡诺循环进行了全面的介绍。希望本 次演示能够帮助观众深入了解卡诺循环的概念和应用。
热力学中的循环过程与卡诺热机效率
热力学中的循环过程与卡诺热机效率热力学是一门研究热能转换和能量传递规律的学科，而循环过程则是热力学中的一个重要概念。
循环过程是指系统经历一系列状态变化后，最终回到原始状态的过程。
而卡诺热机效率是热力学中用来衡量热机性能的一个重要指标。
热力学循环过程包括两种基本类型：隔热和可逆。
隔热循环过程是指系统与外界没有热交换，只有功交换的过程。
典型的例子是卡诺循环和斯特林循环。
可逆循环过程是指系统中的每一个状态变化都是可逆的，即可逆循环不会产生不可逆损失。
典型的例子是卡诺循环。
卡诺热机是一种理想化的热机，它由两个等温过程和两个绝热过程组成。
卡诺循环是一种最高效的热机，其效率只与工作物质的温度有关，而与具体的工作方式无关。
卡诺热机效率的公式为：η = 1 - Tc/Th其中，η代表卡诺热机的效率，Tc代表冷热源的温度，Th代表热热源的温度。
由该公式可见，卡诺热机的效率随着冷热源温差的增大而增大，同时也随着热热源温度的降低而增大。
卡诺热机效率的理论上限为1，即100%。
然而，在实际应用中，由于存在摩擦、流体阻力等不可避免的不可逆损失，实际工作热机的效率往往低于卡诺热机。
真实热机的效率与卡诺热机效率之间的比值被称为热机的实际效率。
热机的实际效率是衡量热机性能的重要指标之一。
热力学循环过程与卡诺热机效率在能量转换、能量利用以及环境保护方面有着重要的应用价值。
在能源开发和利用中，通过研究热力学循环过程，可以优化能源转换效率，提高能源利用效率。
而卡诺热机效率的研究和应用则可以为热能工程、能源管理等方面提供理论指导和技术参考。
热力学循环过程与卡诺热机效率还与环境保护紧密相关。
随着全球能源需求的增加和环境问题的日益突出，绿色能源的开发和利用成为了全球能源领域的重要课题。
而研究热力学循环过程和提高热机效率，则可以减少能源消耗和排放，降低对环境的影响。
总之，热力学循环过程与卡诺热机效率是热力学中的重要概念和指标。
研究循环过程和提高热机效率对于能源转换、环境保护和能源可持续发展具有重要意义。
热力学中的循环过程
热力学中的循环过程热力学是研究能量转化和传递的一个重要分支学科。
在热力学中，循环过程是一个非常重要的概念。
循环过程是指一个物理系统经过一段时间后，回到了原始的状态，这样的过程称为循环。
在实际生活和工程中，循环过程非常常见，例如蒸汽发电厂中的蒸汽循环过程、制冷空调中的制冷剂循环过程、内燃机中的燃烧循环过程等等。
这些循环过程在实际应用中有很大的意义，可以将能量有效地从一种形式转化为另一种形式。
对于理想气体的循环过程，我们可以使用热力学循环图来表示。
热力学循环图是一种描述热力学循环过程的图形表示，它以体积或压力为横坐标，以温度为纵坐标，用曲线连接各个状态点，表示系统在不同的状态之间经历的过程。
常见的热力学循环图有卡诺循环图、布雷顿循环图、斯特林循环图等等。
卡诺循环是一个重要的理想循环过程，它是一个在两个热源之间工作的理想热机所经历的循环过程。
卡诺循环图表明了一个理想热机的性能极限，即工作机的最高效率。
这个效率极限只取决于工作机的两个热源的温度差，不受机器内部细节的影响。
除了卡诺循环，布雷顿循环也是一个重要的循环过程。
布雷顿循环通常用于描述蒸汽发电厂中的蒸汽循环过程。
它包括四个基本过程：“加热”、“膨胀”、“冷却”和“压缩”四个基本过程。
在加热过程中，蒸汽从锅炉中进入汽轮机；在膨胀过程中，蒸汽在汽轮机中膨胀并驱动发电机发电；在冷却过程中，蒸汽进入冷凝器冷却成水；在压缩过程中，水被泵送回锅炉中再次加热。
斯特林循环是另一个重要的循环过程，它通常用于描述斯特林发动机的工作原理。
斯特林发动机是一种没有点火或燃烧过程的内燃机。
它的工作过程与布雷顿循环不同，斯特林发动机通过让气体在恒温下膨胀和压缩来工作。
在斯特林循环中，气体在鼓风机里被压缩，然后被加热，然后被膨胀，最后被冷却再被压缩。
除了上述的循环过程，还有其他一些重要的循环过程，例如Otto循环、Diesel 循环、Brayton循环等等。
这些不同的循环过程都有不同的应用，广泛应用于汽车引擎、飞机发动机、发电厂等领域。
热力学循环卡诺循环的效率计算
热力学循环卡诺循环的效率计算热力学是研究热能转化和热能传递的一门学科，而卡诺循环则是热力学中的一个重要循环过程。
卡诺循环是指在两个不同温度下进行的一系列过程，其目的是通过热机将热能转化为功，从而实现能源的有效利用。
本文将详细介绍卡诺循环的效率计算方法。
卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成的。
首先是等温膨胀过程，燃料通过加热工作物质，使其从低温状态变为高温状态；接着是绝热膨胀过程，工作物质在绝热条件下由高温状态膨胀，从而降低温度；然后是等温压缩过程，利用冷源将工作物质冷却，使其再次达到低温状态；最后是绝热压缩过程，将工作物质在绝热条件下压缩至初始状态，闭合整个循环。
卡诺循环中的等温过程和绝热过程是理想化的，并不考虑具体的能量损耗。
卡诺循环的效率定义为输出功对输入热量的比值，即：η = W/Qh其中，η表示效率，W表示输出功，Qh表示输入热量。
在卡诺循环中，输出功可以通过工作物质在等温膨胀和压缩过程中所做的功来表示，即：W = Qh - Qc其中，Qc表示卡诺循环中的冷量，即等温压缩过程中从工作物质中抽取的热量。
卡诺循环中的输入热量可以通过等温膨胀过程中工作物质所吸收的热量来表示，即：Qh = T1ΔS其中，T1表示高温热源的温度，ΔS表示等温膨胀过程中的熵变。
同样地，卡诺循环中的冷量可以通过等温压缩过程中工作物质所放出的热量来表示，即：Qc = T2ΔS其中，T2表示低温热源的温度，ΔS表示等温压缩过程中的熵变。
将以上公式代入卡诺循环的效率计算公式中，得到：η = 1 - T2 / T1根据上述公式可以看出，卡诺循环的效率与高温热源和低温热源的温度有关。
温度差越大，效率越高。
这也是为什么在实际应用中，例如汽车引擎和电力发电厂，都会尽量提高高温热源和降低低温热源的温度，以提高能源的利用效率。
卡诺循环不仅在理论研究中起到了重要的作用，在实际应用中也有一定的指导意义。
通过计算和分析卡诺循环的效率，可以评估和比较不同热力循环系统的性能，并在实际应用中提供优化方案。
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Q1
Q2
o
VA
VB V
总放热
第八章 热力学基础
（取绝对值）
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
二 热机效率和致冷机的致冷系数
p
A
c
高温热源
W
d
B
Q1
热机
o
Q2
低（正循环）W
0
W Q1 Q2 Q2 1 热机效率 Q1 Q1 Q1
第八章 热力学基础
V3 ln Q2 T2 V4 1 1 Q1 T1 ln V2 V1
第八章 热力学基础
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
卡诺致冷机（卡诺逆循环）
p
A
Q1
T1
D
T1 T2
B C
高温热源
T1
Q1
卡诺致冷机
W
W
o
Q2 T2
Q2
V
低温热源 T2
卡诺致冷机致冷系数
第八章 热力学基础
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
冰箱循环示意图
第八章 热力学基础
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
一 循环过程 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 .
特征
E 0
Q W
p
A
热力学第一定律
c
W
d
B
净功 W Q1 Q2 Q 总吸热
Q2 T2 e Q1 Q2 T1 T2
8 – 5 讨 论
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
图中两卡诺循环
1 2 吗 ？
p
T1
W1 W2
p
T2
W1
W1 W2
W2
T1
V
T3
W1
W2
T2
V
o
o
1 2
第八章 热力学基础
1 2
各种热机的效率
液体燃料火箭
汽油机
第八章 热力学基础
48% 25%
柴油机
蒸汽机
37% 8%
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
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 .
第八章 热力学基础
8 – 5
第八章 热力学基础
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
p2 p1
P
2
Q23
Q12 CV ,mT1 Q23 2C p,mT1
3
Q12
1
Q34
Q41
4
Q34 2CV ,mT1
Q41 C p,m (T1 T4 ) C p,mT1
o
V1
V4 V
Q1 Q12 Q23 CV ,mT1 2C p ,mT1
C p ,m CV ,m R
W ( p2 p1)(V 4 V 1) p1V 1 RT 1 RT1 Q Q W 1 2 15.3% Q1 Q1 T1 (3CV ,m 2 R)
第八章 热力学基础
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
三 卡诺循环 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. 两个准静态等温过程 组成 卡诺循环 两个准静态绝热过程
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
热机发展简介 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 . 人们一直在为提高热机的效率而努
力， 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 .
1
1
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
p p1
p2 p4
A
Qab
T1
D
T1 T2
B
V2 V3 V1 V4
卡诺热机效率
W
p3
o V1 V4
Qcd T2
V2
C
V
V3
T2 1 T1
卡诺热机效率与工作 物质无关，只与两个热源 的温度有关，两热源的温 差越大，则卡诺循环的效 率越高 .
W
B — C 绝热膨胀
p3
o V1 V4
Qcd T2
V2
V
V3
C — D 等温压缩 D — A 绝热压缩
A — B 等温膨胀吸热
第八章 热力学基础
V2 Q1 Qab RT1 ln V1
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
p p1
p2 p4
A
Qab
T1
D
T1 T2
B
V2 Q1 RT1 ln V1
C — D 等温压缩放热
W
p3
o V1 V4
Qcd T2
V2
C
V3 Q2 Qcd RT2 ln V4
V
B — C 绝热过程
V3
V3 ln Q2 T2 V4 1 1 Q1 T1 ln V2 V1
第八章 热力学基础
V2 T1 V3 T2
D — A 绝热过程
1
1
V1 T1 V4 T2
p p1
p2 p4
A
T1 T2
T1
D
高温热源
T1
Q1
B
W
卡诺热机
C V
W
p3
T2
V2
第八章 热力学基础
Q2
低温热源 T2
o V1 V4
V3
8 – 5
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
理想气体卡诺循环热机效率的计算
p p1
p2 p4
A
Qab
T1
D
T1 T2
B C
卡诺循环
A — B 等温膨胀
8 – 5
循环过程
A
卡诺循环 高温热源
物理学教程 （第二版）
p
c
W
d
B
Q1
致冷机
W
o
Q2
低温热源
VA
VB V
致冷机（逆循环）W 致冷机致冷系数
0
Q2 Q2 e W Q1 Q2
第八章 热力学基础
8 – 5 例1
循环过程
卡诺循环
物理学教程 （第二版）
1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其 中 p2 2 p1 , V4 2V1 求1—2、2—3、3—4、4—1 各过程中气体吸收的热量和热机的效率 .
p2 p1
P
2
Q23
解 由理想气体物态方程得
3
Q12
1
Q34
Q41
4
T2 2T1 T3 4T1
T4 2T1
Q12 CV ,m (T2 T1) CV ,mT1
Q23 C p,m (T3 T2 ) 2C p,mT1
o
V1
V4 V
Q34 CV ,m (T4 T3 ) 2CV ,mT1