第16讲 循环过程与卡诺循环要点

三、绝热线和等温线
绝热线

pV const
斜率
dp p dV V
等温线
pV const
斜率
dp p dV V
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 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。
二、热机和制冷机
1、循环过程的分类
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。
p a d
b c
p a d
b c
正循环
V
逆循环
V
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。 泵 并且工质回到初态，内能 不变。 工质经一循环
1、卡诺循环 •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。
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。
V1
V2
•热量
•内能
•热力学第一定律 •摩尔热容
Q E W
•热力学第一定律在理想气体的等体和等压过程的应用
CV , m
dQV dT
C p ,m
dQp dT
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 p
系统从外界 吸收的热量， 全部用来对 外作功。
V1
V2
V
二、绝热过程
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
m E E 2 E1 CV ,m T2 T1 M
•特征：
m W CV ,m T2 T1 M
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。
逆循环的特征：
制冷机经历一个逆循环后，由于外界对它作 Q2 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 低温热源 T2 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。
制冷系数：
表示制冷机的效能
Q2 Q2 e W Q1 Q2
三、卡诺循环
T1 Q1
|W|
气缸 T2 Q2 高温热源 T1
Q1 W Q2
W= Q1-Q2
热机效率或循环效率：
表示热机的效能
W Q1 Q2 Q2 1 Q1 Q1 Q1
低温热源 T2
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。 高温热源 T1
Q1 W
塔里木大学教学课件
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
复
•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
习
•功
W＝ pdV
说明：
理想气体的内能增量为
m E CV ,m T M
理想气体的状态方程 对各种过程都成立。
•多方过程的功
1 W ( P1V1 P2V2 ) n1
•多方过程内能的变化
m E CV , mHale Waihona Puke BaiduT M
•吸收热量
m Q C n T M
n Cn CV ,m n1
7.5 循环过程 卡诺循环 一、循环过程
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。
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。
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
•分类
正循环——卡诺热机 逆循环——卡诺制冷机
2、卡诺热机：正循环 卡诺热机的四个过程
p1V1 W dV V1 V p1V1 1 1 1 1 1 V1 V2
V2
1 V1 p1V1 1 1 V2 1 p1V1 p2V2 1
•过程曲线：
在PV图上是一条双曲线，叫等温线。
•过程方程：
m pV RT •内能、功和热量的变化 M m V2 WT RT ln dE 0, E 0 M V1 m V2 m p1 QT WT RT ln RT ln M V1 M p2
p1V1 p2V2
WT pdV
2、绝热方程

pV con st
1 1
考虑
V p
T con st

C P ,m－CV ,m＝R

C P ,m CV ,m
T
con st
推导：对绝热过程，由热力学第一定律
m 0 CV ,m dT PdV M
对于理想气体
dQ dE dW 0
dV dp V p
d pV



0
CV ,m pdV CV ,mVdp RpdV
m pV＝ RT M m pdV Vdp＝ RdT M
pV const
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
pV p V 1 1 代入W pdV 将绝热方程 得