循环过程6

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(2)循环过程

(2)循环过程
1
准静态循环过程旳描述
以蒸汽机为例
高温热源(热库)
在整个循环过程中 系统对外做净功:
Q1
锅炉 蒸汽
A A1 A2
A2

A1
系统吸收旳净热量: Q Q1 Q2
水 冷凝器
汽缸
整个循环过程旳特征 从初态出发经过一种
Q2
低温热源(冷库)
循环过程回到原来状态后,系统旳内能不变
E E2 E1 0
=1-300/400=25%
Q1=A/ =8000/0.25=32023(J)
Q2=Q1-A=24000(J)
0
a d Q2
Q1 b
c 15 V
(1) 据题意Q'2=Q2=24000J
P a'
A' =10000J
a
Q'1= Q'2+ A'=Q2+ A'=34000J
Q'1
b' Q1 b
∴ ' = A'/ Q'1
提高c
T1 T2
提升高温热源旳温度现实些
9
3)理论阐明低温热源温度
阐明热机效率 c 1
进一步阐明
T2 0 且有 T2 T1
且只能 c 1
热机循环不向低温热源放热是不可能旳
热机循环至少需要两个热源
4)疑问:由热一定律,在循环过程中,假如 1
相当于把吸收旳热量全作功。从能量转换看 不 违反热力学第一定律,但为何实际做不到?
阐明:必然还有一种独立于热力学一定律旳定律 存在。 这就是热力学第二定律。
10
四、卡诺致冷机
卡诺热机作逆循环就叫卡诺致冷机
卡诺致冷机旳制冷系数

循环过程:系统经过一系列状态变化过程以后,又回到原来状态的过程。 循环特征:系统经历一个循环之后,内能

循环过程:系统经过一系列状态变化过程以后,又回到原来状态的过程。 循环特征:系统经历一个循环之后,内能

在上述高温压缩气体中,用电火花或其他方式引起气
体燃烧爆炸,气体压强随之骤增,由于爆炸时间短促,
活塞在这一瞬间移动的距离极小,这 p
近似是个等体过程(图中过程cd)。
d
这一巨大的压强把活塞向右推动而作
功,同时压强也随着气体的膨胀而降 c 低,爆炸后的作功过程可看成一绝热
e
过程(图中过程de)。
p0
a
b
(1)吸入燃料过程
气缸开始吸入汽油蒸气及
c
助燃空气,此时压强约等于
e
1.0105Pa ,这是个等压过程
p0
a
b
(图中过程ab)。
O
V0
VV
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(2)压缩过程
活塞自右向左移动,将已吸入汽缸内的混合气体加以
压缩,使之体积减小,温度升高,压强增大。由于压缩较
快,汽缸散热较慢,可看作一绝热过程(图中过程bc)。 (3)爆炸、作功过程
亦即
Te
Td
Tb
Tc


V0 V
1

p
d
1
1
1
1 1
1

V V0

r
c
e
式中r= V/V0叫做压缩比。
p0
a
O
V0
b VV
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计算表明,压缩比愈大,效率愈高。汽油内燃机
的压缩比不能大于7,否则汽油蒸气与空气的混合气 体在尚未压缩至c点时温度已高到足以引起混合气体
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例题6-5 内燃机的循环之一——奥托循环。内燃机利 用液体或气体燃料,直接在气缸中燃烧,产生巨大的压 强而作功。内燃机的种类很多,我们只举活塞经过四 个过程完成一个循环(如图)的四动程汽油内燃机(奥 托循环)为例。说明整个循环中各个分过程的特征,并 计算这一循环的效率。

循环过程卡诺循环

循环过程卡诺循环
在理想情况下,其热机
1
1 T4 T1 1 V1
T3 T2
V2
效率为:
1
1 8
1.4
1
56%
9
例2:一热机以1mol双原子分子气体为工作物质,循
环曲线如图所示,其中AB为等温过程,TA=1300K,
TC=300K。求①.各过程的内能增量、功、和热量;
②.热机效率。
P
A
等温线
解:① AB为等温膨胀过程
(3)循环曲线所包围的面积为系统做的净功。
2
2.正循环与逆循环 •正循环 热机
在一般情况下,系统要将
P 1
Q吸
正循环
从某些高温热源处吸收热量,
部分用来对外作功,部分在某
些低温热源处放出,而系统回
到原来的状态。
o
•逆循环 制冷机
P
循环曲线逆时针。
A
Q放
V1
2
V2
V
1 Q放
在一般情况下,对于逆循环
过程,通过外界对系统作功,系
2.需要两个热源,高温源 T1和低温源T2。
3.不计摩擦、热损失及漏 气,视为理想热机。
4 o
等温线
T1 2 绝热线
T2 3 V
4.热机效率为:


1 T2
T1 13
1 2 等温膨胀过程
V2 V1 Q12 0
3 4 等温收缩过程
V4 V3 , Q34 0
Q12
吸热
Q34
放热
RT1 RT2
T A T B 1300 K
E AB QAB
0 AAB
RTA
ln
VB VA
C
o 0.5

循环的四个环节8个步骤

循环的四个环节8个步骤
PDCA循环的四个环节8个步骤
PDCA循环的四个环节8个步骤
8.标准化 提出未解决的问题
7.分析调查效果 A
1.分析现状,找出问题 2.制定目标,作成计划
P 3.分析产生问题的原因
6.调查效果

4.找出影响问题的主要因素决定

对策方法
5.执行作成计划
PDCA循环的特点
PDCA循环,可以使我们的思想方法和工作步骤更 加条理化、系统化、图像化和科学化。它具有如 下特点:
步骤二:分析产生题目的原因︰找准题目后分析 产生题目的原因至关重要,运用头脑风暴法等多 种集思广益的科学方法,把导致题目产生的所有 原因统统找出来。 鱼骨分析法
鱼骨分析法
鱼骨分析法,又名因果分析法,是一种发 现问题“根本原因”的分析方法。
类型:
A、整理问题型鱼骨图(各要素与特性值间不 存在原因关系,而是结构构成关系);
步骤八:处理遗留题目。所有题目不可能在一个PDCA 循环中全部解决,遗留的题目会自动转进下一个PDCA 循环促进,推动大循 环
PDCA循环是爬楼梯上升式的循环,每转动一周, 质量就提高一步
PDCA循环是综合性循环,4个阶段是相对的,它 们之间不是截然分开的。
PDCA循环的八个步骤
步骤一:分析现状,找出题目︰强调的是对现状 的把握和发现题目的意识、能力,发掘题目是解 决题目的第一步,是分析题目的条件。
B、原因型鱼骨图(鱼头在右,特性值通常以 “为什么……”来写);
C、对策型鱼骨图(鱼头在左,特性值通常以 “如何提高/改善……”来写)。
PDCA循环的八个步骤
步骤三:要因确认。区分主因和次因是最 有效解决题目的关键。
“20﹕80”原则,即根据经验规律,20%的原 因往往产生80%的问题。

循环过程

循环过程

锅炉
按卡诺循环计算:
C 1 273 30 64.5%
273 580
36 实际最高效率: %
发电机
冷凝塔
非卡诺循环、散热、摩擦等 原因:
12
2.卡诺逆循环的致冷系数:
取绝对值
Q2 Q2 T2 wC W Q1 Q2 T1 T2
取绝对值
100 5 1
若T1 = 293 K(室温),
C V
CA为等温过程E 0
WCA QCA 400 J
8
W =WAC WABC
WABC 500 J
卡诺循环(Carnot cycle )
一、卡诺循环
卡诺循环:只和两个恒温热库传递热量并对外作 功的准静态、无摩擦循环。卡诺循环是由两个等 温过程和两个绝热过程组成的理想化循环。 不计摩擦、热损失及漏气,视为理想热机。
P
1
高温热库T1
Q1
绝热
4
2 等温T1
Q1
Q2
绝热
W Q1 Q2
Q2
卡诺循环
3
等温T2
V1 V4 V2 V3
V
低温热库T2 卡诺循环能流图
9
二、卡诺循环的效率
1→2 等温膨胀过程,吸热 Q1 = W= RT1 ln(V2/V1) 3→4 等温压缩过程,放热
P
1
Q1
绝热
4
2 等温T1
绝热
| Q2 | RT2 ln(V3 / V4 )
(3) 如果提高高温热源的温度,让热机仍工作在与 (1)相同的两条绝 热线之间,但每次循环净功比(1)增加20,求此时高温热源的温度。
W T2 0 W Q1 1500J 解 : (1) 1 25 0 Q1 T1 Q2 Q1 W 4500J T2 Q2 (2) w 3 Q1 8000 J w 3 T1 T2 Q1 Q2

循环过程和卡诺循环

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

循环过程

循环过程

Q1= Q2+W
3
三、热机和热机循环
锅炉(高温热库)
T1 Q1

· p Ⅰ
Q1 a
W2 泵
缸 W1
b
Q2
·Ⅱ
T2 Q2
冷凝器(低温热库)
O
V
正循环(循环沿顺时针方向进行)
(系统对外作功)
正循环也称为热机循环
三、热机和热机循环 根据热力学第一定律,有
热机的
Q1
高温热源
Q1
热机
W
Q2
低温热源
四、制冷机和制冷循环
Q1
· p Ⅰ
Q1 a
热冷交凝换器器
节流阀
WA2
压缩机
冷库
W1
b
Q2
·Ⅱ
O
V
Q2
热学24
(系统对外作负功)
逆循环也称为致冷循环
四、制冷机和制冷循环 致冷机的致冷系数定义为:
Q2
W
Q2
Q1 Q2
致冷系数的意义:外界每消 耗一个单位的功能从低温热源 吸取多少热量。
循环反应, 破坏 O3 分子
一 、 循环过程
如果系统从某一平衡态开始,经过一系列的变化过
程,又回到初始状态,这样的周而复始的变化过程称
为循环过程,简称循环。
1( p1,V1,T1 ) ( pi ,Vi ,Ti ) 1( p1,V1,T1 )
循环过程的特征:内能不发生变化。p a
b
E 0
热力学第一定律 Q W
d
Q1
系统从外界吸收的总热量 o
Q2
系统放出的总热量(取绝对值)
c
V
Q Q1 Q2 W
系统对外所作净功

6-3循环过程 卡诺循环

6-3循环过程 卡诺循环

P
Pb Vcγ −1 = γ −1 > 1 Pc Va Pb > Pc
故这两条绝热线和等温线不可能再相交! 故这两条绝热线和等温线不可能再相交
反证法: 反证法
图上, 假设在一张 P V 图上 一条绝 热线和一条等温线有两个交点! 热线和一条等温线有两个交点 方法2: 方法 用热一律 等温过程: 等温过程 QT = AT 循环过程: 循环过程 Q = A AT — 等温线下的面积
P
I
II o V
P
A净 = 循环曲线包围的面积 A净 = Q净 = Q吸 − Q放
循环(热机 热机) 顺时针 → 正循环 热机 循环(制冷机 制冷机) 反时针 → 逆循环 制冷机
o
V
二.热机 制冷机 热机
1. 热机
应用程序
热机效率
锅炉, 气缸, 构造: 构造 O: 锅炉 B: 气缸 C: 冷凝器 D: 水泵 冷凝器, 工作过程: 工作过程 水在锅炉内加热, 水在锅炉内加热 产生 高温高压气体(吸热过 高温高压气体 吸热过 O 程), 进入气缸 B; 推动 活塞对外作功(内能减 活塞对外作功 内能减 Q1 少), 然后进入冷凝器 (向低温热源放热 最 向低温热源放热), 向低温热源放热 后将水泵入锅炉, 后将水泵入锅炉 进入 下一循环…… 下一循环
Q1
: O;电动压缩泵 B:冷凝器 ; C毛细管 D;蒸发器 毛细管 ; E工作物质:R--12(CCl2F2 工作物质: 工作物质 ( (现已不用,用无氟制冷剂) 现已不用, 现已不用
O
应用程序
2. 致冷系数
致冷机( 循环) 致冷机(逆循环)A < 0
A
p
c
高温热源
W
d

循环过程

循环过程

大学物理热力学第7讲循环过程循环过程: 系统经历了一系列状态变化过程以后,又回到原来状态的过程.蒸汽机的工作原理循环特征: 经历一个循环过程后, 内能不变.0Δ=EaIb 为膨胀过程: bIIa 为压缩过程: 净功:bIIa aIb >−=W W W 结论: 在任何一个循环过程中, 系统所做的净功在数值上等于p –V 图上循环曲线所包围的面积.aIbW bIIaW −a II I p bb p a a 气体做功:循环过程的分类:正循环: 在p –V 图上循环过程按顺时针进行.逆循环: 在p –V 图上循环过程按逆时针进行.热机: 工作物质作正循环的机器.制冷机: 工作物质作逆循环的机器.设: 系统吸热Q 1, 系统放热Q 2循环过程的热力学第一定律:WQ Q =−21WQ Q =−放吸Q W 在一次循环过程中, 工作物质对外作的净功与它从高温热源吸收的总热量之比.Ø热机效率热机效率吸Q W =η制冷过程: 外界作功W , 系统吸热Q 吸,放热Q 放.吸放Q Q W −=制冷系数:吸放吸吸Q Q QW Q −==εØ制冷系数W例题 3.2×10 -2kg 氧气作ABCD 循环. A →B 和C →D 都为等温过程, 设T 1 = 300 K , T 2 = 200 K , V 2V 2V 1V 解: 121ln V V RT M m W Q AB AB ==)(25Δ12T T R M m E Q BC BC −==吸热放热212ln V V RT M m W Q CD CD ==DA DA E Q Δ=吸热放热)(2521T T R M m −=DA AB CD AB Q Q W W Q W ++==1η)(25ln ln ln 21121212121T T V V T V V T V V T −++=%15=。

热学循环过程卡诺循环

热学循环过程卡诺循环

1.卡诺机必须有两个热源。两个热源的温度差才是热 动力的真正源泉热机效率与工作物质无关,只与两热 源温度有关。
例如:波音飞机不用价格较贵的高标号汽油作燃料,而采用航 空煤油作燃料。 16
2.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。 T2 0 或 T1 •如果为 1 则 现在的技术还不能达到绝对 0 K; T1 这是不能实现的, 因此热机效率只能小于 1! 3.提高热机效率的方法。
EBC CV (TC TB ) 20775 J P ABC P(VC VB ) R(TC TB )
1 8.31 (300 1300) 8310 J
QBC CP (TC TB )
7 1 8.31 (300 1300) o 2 29085 J 放热 或由热力学第一定律 Q E A
8
CV (T1 T4 ) T4 T1 1 1 CV (T3 T2 ) T3 T2 1 12为绝热压缩过程 V T C 1 T1 V1 1 1 V2 T1 V1 T2 T2 V2
34为绝热膨胀过程
1 1
A
等温线 TA 1300K
C
Tc 300K
B
0 .5
5 V ( m3 )
ACA 0 5 QCA ECA CV ( TA TC ) 1 8.31 (1300 300) 2 20775 J 吸热 11
CA为等容升压过程
QBC 20775 8310 29085 J 放热
一个循环中的内能增量为:
|Q放 | ②.热机效率 1 Q吸 P

循环

循环
Q吸
蒸汽机的循环过程 蒸汽 锅 A 炉 水 Heating 水泵 水池
热 机
Q放
冷 凝 器
低温热源
(3)热机效率 (3)热机效率
Q放 A净 Q吸 − Q放 η= = = 1− Q吸 Q吸 Q吸
高温热源
Q吸
(4)规定 (4)规定
高温热源是温度为T 热库, 高温热源是温度为 1的热库, 热 机 低温热源是温度为T 热库;与 低温热源是温度为 2 的热库 与 高温热源交换的热量为 Q1,与 Q放 低温热源交换的热量为Q 低温热源交换的热量为 2 ; Q1 低温热源 Q2 都为绝对值。 都为绝对值。
η卡
Q2 T2 = 1− = 1− Q1 T1
Q1 Q2 ,则 = T1 T2
①上式仅适用于卡诺热机。 上式仅适用于卡诺热机。 卡诺循环必须有高温和低温两个热源。 ②卡诺循环必须有高温和低温两个热源。
理想气体卡诺循环 的效率只与两热 源的温度有关
③卡诺热机的效率与工作物质无关,只与两个热源的温度有关。 卡诺热机的效率与工作物质无关,只与两个热源的温度有关。 ④ 由于 T2 ≠ 0 ,所以η卡 < 1 . 卡诺循环为理想循环,是理想气体忽略摩擦、 ⑤卡诺循环为理想循环,是理想气体忽略摩擦、漏气等损耗的循 环。
A Q1 − Q2 Q2 则η= = = 1− Q1 Q1 Q1
A
3. 卡诺循环
卡诺 (Sadi Carnot) 1796-1832
法国物理学家, 法国物理学家,热力学的创始人之 一,是第一个把热和动力联系起来 的人。他出色地、创造性地用“ 的人。他出色地、创造性地用“理 想实验”的思维方法, 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— 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 卡诺循环, 卡诺循环 机(卡诺热机)。 卡诺热机)

名词解释——循环过程

名词解释——循环过程

名词解释——循环过程循环过程也叫可逆过程,是指在同一周期中能进行两次以上相互代替的过程。

常见的反馈有前馈、反馈和负反馈三种类型。

反馈又称负反馈,如果输入大于输出,则反之。

名词解释——循环过程我们知道,一个周期由若干个状态变量组成,若干个状态变量是一个复合变量。

例如:对于一个有n个状态变量的过程而言,它的循环过程是从初始状态( 0)到第i个状态变量( x),再从第j个状态变量( y)回到初始状态( 0)。

或者说,它是由一系列的状态转移和改变构成的。

我们先来看一下循环过程的特点。

1)每一个状态都有它自己独立的信息,即对这个过程的任何一个控制点,我们可以用n个独立的状态变量去描述它的过程。

它的反面过程就是等温过程。

2)控制点只影响当前的过程,它不会影响过去和未来的状态,对过去和未来的过程无影响。

其实,为了便于叙述,我们把反馈作为反馈类型的特例,因为它也是单向的,与上面循环过程的描述正好相反,所以叫负反馈,以区别于上面循环过程的情况。

简言之,就是指输出量和输入量之间的关系,当输出量增加时,会使输入量减少,当输入量增加时,会使输出量减少。

它在动态控制中广泛存在,它在过程控制中应用较多。

因此,我们用它来表示控制系统的动态特性。

对于理想的闭环控制系统,在开环传递函数中引入负反馈,便可以完全抵消死区效应;但在开环中没有引入负反馈,就不可能完全抵消死区效应。

如果负反馈的作用是提高系统的稳定性,那么,就必须是正反馈,也就是说,要使系统的输出量不断增大,才能使系统维持平衡。

3)设计具有完备的正反馈环路,并使得对每一个过程调节器的输入一输出作用都经历两个反馈过程,反馈总是单向的,不可以交叉。

正反馈和负反馈是互相联系的,他们都是在外界对系统进行干扰的情况下产生的。

比如:在反馈控制系统中,增大系统的干扰作用,系统会导致干扰信号的放大,从而导致过程调节器输入端的增大。

相反,当干扰作用增强时,干扰信号的反向传递又会使调节器的输入端减小,从而导致过程调节器输出端增大。

探究循环六个步骤

探究循环六个步骤

探究循环六个步骤嘿,朋友们!今天咱就来唠唠探究循环的六个步骤。

这六个步骤啊,就像是我们人生路上的一个个小目标,指引着我们不断前进。

咱先说这第一步,就像盖房子打地基,得稳稳当当的。

要对问题有个清晰的认识呀,别稀里糊涂的就开始瞎折腾。

你想想,要是连问题都没搞明白,那后面不就全乱套啦!就好比你要去一个地方,总得先知道目的地在哪儿吧。

第二步呢,就开始收集各种信息啦。

这就跟蜜蜂采蜜似的,东飞飞西飞飞,把有用的都收集起来。

可别小看了这一步,信息收集得全不全,准不准确,那可关系到后面的结果呢!就好像做饭,食材都没准备好,怎么能做出美味佳肴呢。

第三步呀,那就是分析啦。

把收集来的信息好好琢磨琢磨,找出其中的关键。

这就像拼图,把那些小块块都拼到一起,慢慢就看出个大概模样了。

要是不分析,那信息不就白收集啦。

第四步呢,提出各种假设。

这多有意思呀,就像脑子里在放烟花,各种奇思妙想都蹦出来。

别怕错,大胆去想!也许那些看似不靠谱的假设,最后还真能解决问题呢。

到了第五步,就得验证假设啦。

这可不能马虎,得认真去试。

就跟试衣服似的,合不合身,穿上才知道。

要是不验证,那假设不就成了空想啦。

最后一步,那就是得出结论啦。

哇,经过这么多步骤,终于有结果啦。

这就像登山,历尽千辛万苦终于爬到山顶,看到了美丽的风景。

这时候心里的那种满足感,哎呀,别提多棒啦!想想看,我们生活中好多事情不都得经历这样的探究循环嘛。

比如说你想学好一门外语,那是不是得先知道自己的问题在哪儿,然后去收集学习方法,再分析哪种适合自己,提出怎么学的假设,去验证,最后得出最适合自己的学习方式。

这不就是探究循环嘛!再比如说你想做一道好吃的菜,也得先搞清楚要做什么菜,然后找菜谱收集信息,分析怎么做,提出步骤假设,试着做一下验证,最后得出最美味的做法。

所以啊,探究循环可真是个好东西,它能帮我们解决好多问题呢。

大家可别小瞧了这六个步骤,好好用起来,那可真是威力无穷啊!咱就好好利用这探究循环,让生活变得更加精彩吧!原创不易,请尊重原创,谢谢!。

循环过程

循环过程

p p1
a
T1 > T 2
Qab
T1
b c
卡诺循环 a — b 等温膨胀 b — c 绝热膨胀 c — d 等温压缩
p2 p4
W
d
p3
o V1 V4
Qcd T2
V2
V
V3
d— a 绝热压缩
a — b 等温膨胀吸热 等温膨胀吸
Q1 = Qab
m V2 = RT1 ln M V1
p p1
a
T1 > T 2
W = ( p 2 − p1)(V 4 −V 1) = p1V 1 = RT 1 RT1 Q 1− Q 2 = W = η= = 15.3% Q1 Q 1 T1 (3CV ,m + 2 R )
§10.6 卡诺循环 萨迪·卡诺 萨迪 卡诺(Sadi Carnot) 卡诺 ( 1796~1832 )法国青 ~ 年工程师、 年工程师、热力学的创始 人之一。 人之一。第一个把热和动 力联系起来的人, 力联系起来的人,是热力 学的真正的理论基础建立 他出色地、 者。 他出色地、创造性地 理想实验” 用“理想实验”的思维方 提出了最简单, 法,提出了最简单,但有 重要理论意义的热机循 环——卡诺循环 卡诺循环
p
a
高温热源
∆A
d
c
b
Q

致冷机 致冷机
∆A
Q

o
VA
VB V
低温热源
致冷机致 冷系数
Q吸 Q吸 ω = = ∆ A Q放 − Q吸
冰箱循环示意图
2. 卡诺致冷机(卡诺逆循环) 卡诺致冷机(卡诺逆循环)
p
a
Q放
T1 > T2
T1

卡尔文循环详解

卡尔文循环详解

卡尔文循环详解卡尔文循环简介卡尔文循环是一种类似于克雷伯氏循环的新陈代谢过程,其可使起始物质以分子的形态进入和离开这循环后发生再生。

碳以二氧化碳形态进入,并以糖的形态离开。

整个循环是利用ATP 作为能量来源,并以降低能阶的方式来消耗NADPH ,如此以增加高能电子来制造糖。

从卡尔文循环中所直接制造出来的碳水化合物并不是葡萄糖,而是一种称为3- 磷酸甘油醛的三碳糖。

为了要合成1 摩尔这种碳,整个循环过程必须发生3 次的取代作用,将3 摩尔的二氧化碳固定。

卡尔文循环反应卡尔文循环的反应场所为叶绿体内的基质。

循环可分为三个阶段: 羧化、还原和二磷酸核酮糖的再生。

大部分植物会将吸收到的一分子二氧化碳通过一种叫1,5-二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一个五碳糖分子1,5-二磷酸核酮糖(RuBP )的第二位碳原子上。

此过程称为二氧化碳的固定。

这一步反应的意义是,把原本并不活泼的二氧化碳分子活化,使之能被还原。

但这种六碳化合物极不稳定,会立刻分解为两分子的三碳化合物3- 磷酸甘油酸。

后者被在光反应中生成的NADPH 还原,此过程需要消耗ATP ,产物是3-磷酸丙糖。

后来经过一系列复杂的生化反应,一个碳原子将会被用于合成葡萄糖而离开循环。

剩下的五个碳原子经一系列变化后,又生成一个1,5-二磷酸核酮糖,循环重新开始。

循环运行六次,生成一分子的葡萄糖。

卡尔文循环过程卡尔文循环的具体过程如下:碳的固定卡尔文循环将每个个别的CO2 附着在一个称为二磷酸核酮糖 ( ribulose bisphosphate ;简称RuBP )的五碳糖磷酸酯上。

催化这起始步骤的酵素是二磷酸核酮糖羧化酶( RuBP carboxylase ,又称rubisco ,是叶绿体中含量最多的蛋白质,同时也因另一个反应而称为1,5- 二磷酸核酮糖加氧酶) 。

这个反应的产物,是一种含6 个碳且不稳定的中间产物,其立即就会分裂为二摩尔的3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate )。

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每分钟作功为
T1 T2 30
A=15 103 60J 9 105 J
所以每分钟作功从冷藏室中吸取的热量为
Q2=23603 9 105 J 7.89 106 J
此时,每分钟向温度为200C的物体放出的热量为
Q1 Q2 A 8.79 106 J
V2=44.8×10-3m3,p2=1.013×105Pa, BC为等压过程,CA 为等体过程。
试求:①该循环的效率;②该循 p1
AB为等温过程,
p A
环中,哪一个状态的温度最高?
哪一个状态的温度最低?③说明 在上述最高温度和最低温度之间
p2
C
B
作怎样的循环其效率将最高? 解: (1) A→B,等温膨胀过程
高温热源
A ,使工质从某些
Q1
低温热源吸热 Q2 ,工质
再向某些高温热源
(外界)放热 Q1 工质净吸热
Q Q2 Q1
Q2
低温热源
p
a
逆循环
A
Q1
Q2
b
AO
V
致冷系数:从低温热
源吸收的热量Q2与外界 对工质作的正功A之比
外界对工质作功
A Q Q1 Q2
Q2 Q2
A Q1 Q2
电冰箱工作原理(工质为氨或氟里昂)
O V1 V2 V
5 R( p2V2 p2V1 ) 5672J 2 R R
总吸热 Q1 QAB QCA 8817J
循环效率
1
1
Q2 Q1
总放热 Q2 QBC 7940J
9.9%
(2)
TA TB
p2V2
R
546K
温度最高
TC
p2V1
R
273K
温度最低
p p1 A
p2 C O V1
O V1 V2 V
E 0
吸热
QAB
AAB
RTB
ln V2 V1
R( p2V2 ) ln V2 R V1
3145J
B →C,等压压缩过程
QBC C p,m (TC TB )
放热
p p1 A
7 R( p2V1 p2V2 ) 7940J 2 R R
p2 C
B
C →A,等体过程
吸热
QCA E CV ,m (TA TC )
热机效率:一次循环过程中, 工质对外作的净功A占从高温 热源吸收热量Q1的比例,即
A Q1 Q2 1 Q2
Q1
Q1
Q1
p
正循环
a
Q1
A
Q2
b
说明:
O
V
Q1包括整个循环过程中吸收的热量(即总吸热); Q2包括整个循环过程中放出的热量(即总放热) 。
3.逆循环——致冷循环
过程组成 外界对工质作功
循环包括:正循环--热机
逆循环--致冷机
2.正循环——热力循环
过程组成
高温热源
热机进行热功转 换的媒介物质
Q1
工质
工质净吸热
Q Q1 Q2
工质对外作净功
A Q Q1 Q2
Q2
低温热源
p
正循环
a
Q1
A
Q2
b
O 逆循环 V
A 工质从某些高温 热源吸热 Q1,向 某些低温热源放
热 Q2,对外作功 A
Q1
d Q2
b T1
c T2
Qcd
M
RT2
ln
Vd Vc
M
RT2
ln
Vc Vd
O
高温热源T1
V
bc和da: Q 0
Q1
效率: Q1 Qab Q2 Qcd
c
1
Q2 Q1
1 T2 lnVc /Vd T1 lnVb /Va
Q2
A Q1 Q2
低温热源T2
c
1
T2 T1
lnVc lnVb
/ Vd / Va
①氨气由压缩机A绝热压缩成高 温(70℃)、高压(9×105Pa)液体
②液体经冷凝器(高温热源)等 压冷却,放出热量Q1而冷凝成 液态氨(20℃)
③常温高压液体经过节流阀降压 (3×105Pa) 、降温并部分汽化
④低温低压液氨进入蒸发器(低温热源),由于压缩机的 抽吸作用因而压力更低;液氨吸收热量Q2并发生汽化; 汽化的低温(- 20℃)低压氨被吸入压缩机A。
由绝热过程方程有:
T1Vb 1 T2Vc 1
T1Va 1 T2Vd 1
Vb Vc Va Vd
pa
Q1
b T1
c d Q2
T2
O
V
c
1
T2 T1
lnVc lnVb
/ Vd / Va
Байду номын сангаас
1 T2 T1
卡诺循环效率:
c
1
T2 T1
结论:卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定。
卡诺致冷机
卡诺致冷系数
二、卡诺循环 ——理想的热机循环
工质为理想气体,只和两个恒温热库交换 热量的准静态循环
由两个等温过程 p
和两个绝热过程
等温膨胀过程
a 绝热膨胀过程
组成的循环
绝热压缩过程
b T1
d
c T2
O 等温压缩过程 V
热量交换:
pa
ab:从高温热源T1吸热Qab
Qab
M
RT1
ln
Vb Va
cd:向低温热源T2放热Qcd
B V2 V
(3) 由于在两热源之间,卡诺热机的效率最高,则
2
1
T2 T1
50%
1
例4 有一卡诺制冷机,从温度为-100C的冷藏室吸取热 量,而向温度为200C的物体放出热量。设该制冷机所 耗功率为15kW,问每分钟从冷藏室吸取热量为多少?
解:T1=293K,T2=263K,则
T2 263
⑶对于致冷循环中,要明确致冷对象 (可以在不止一个对象中吸热),Q2 是指从要致冷的对象中吸收的总热量
⑷对于卡诺循环,根据高温和低温热源
1 Q2
Q1
A
Q2 A Q2 Q2
A Q1 Q2
温度计算
c
1
T2 T1
c
T2 T1 T2
[例1]1mol氧气作如图循环,图中V1=22.4×10-3m3,
高温热源T1
Q1
A Q1 Q2 Q2
低温热源T2
pa
Q1
d Q2
O
b T1
c T2
V
Q2
Q1 Q2
c
T2 T1 T2
热机循环效率和致冷机致冷系数解题思路
⑴画出循环过程的p-V图,弄清工质在各 过程中吸热、放热及做功的情况
A
Q1
⑵根据内能、热量、功的计算式和热力 学第一定律,计算出循环过程中吸热、 放热和做功的值
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