循环过程 卡诺循环

C
B
Tc 300 K
8310 J
o 0.5
m' QBC M CP (TC TB )
5 V (m3 )
1 7 8.31 (300 1300 ) 29085 J 放热
2
或由热力学第一定律
Q E W
PA
等温线 T A 1300 K
QBC 20775 8310
29085 J
放热
由能量守恒 W Q1 Q2
e Q2 Q2 W Q1 Q2
3.电冰箱工作原理
冷凝器
节流阀 冰室
压缩机
冰箱循环示意图
四、供暖系数
室内
空调机不仅可以制 冷，而且也可制热。将其 称为热泵。
高温热源T1
Q放
热泵
热泵是通过外界作
W
功，将低温源（室外）的 热量泵到高温源（室内）， 与制冷机顺序相反。
CA为等容升压过程
C
B
Tc 300 K
o 0.5
5 V (m3 )
WCA 0
QCA E CA
m' M
CV
(TA
TC
)
QCA
ECA
1 5 8.31 (1300 2
300 )
20775 J
吸热
一个循环中的内能增量为：
E E AB E BC ECA
0 20775 20775 0
1
一、循环过程
1. 循环过程 循环过程—系统由某一状态出发，经过任意一系列的
状态，最后又回到原来状态的过程。ΔE = 0。
2. 准静态循环过程 只有准静态过程在P-V图上有对应的过程曲线。
准静态循环过程对应于P-V图上一封闭的曲线。
3. 正循环与逆循环 正循环—在P-V图上按顺时针方向进行的循环。 逆循环—在P-V图上按逆时针方向进行的循环。
A
等温线
T A 1300 K
C
B
Tc 300 K
0.5
5 V (m3 )
m' EBC M CV (TC TB )
1 5 8.31 (300 1300 ) 20775 J
2
WBC P (VC VB )
m M R(TC TB )
PA
等温线 T A 1300 K
1 8.31 (300 1300 )
4. 正循环过程的功能转换 P
对如图示的正循环，由1→
1
Q吸 正循环
2的膨胀过程中系统对外作
正功
W1 膨胀曲线12下的面积
由2 →1的压缩过程中系统
对外作负功
o
W2 压缩曲线21下的面积
Q放 V1
W 2
V V2
正循环过程中，系统对外作的总功（净功）为：
W W1 W2 闭循环曲线所围面积 0 可见，正循环过程中系统对外作正功。
W= - W1+W2<0
即外界对系统作功。
P 1
Q放 逆循环
系统从外界吸收的净热
W
Q=- Q1+Q2<0
即系统向外（高温热源）
放热。 由热力学第一定律，
Q=W<0， Q1=Q2+W
Q吸 o
V1
2 V
V2
由此可见，在逆循环过程中，外界对系统作功，把热量
由低温热源传递到高温热源。
那么，外界对系统作的功可使多少热量由低温热源传到
由热力学第一定律，
E 0
P 1
Q吸 正循环
Q Q1 Q2 W1 W2 W
W
由此可见，在正循环过程中， 系统从高温热源吸收的热量
部分用于对外作功，部分在 o
低温热源处放出。
Q放 V1
2 V
V2
热机——工作物质作正循环的机器。 致冷机——工作物质作逆循环的机器。
5. 逆循环过程的功能转换
系统对外作的净功
5-3 循环过程及其在工程中的应用
循环过程应用非常常见，如汽 车发动机、蒸汽机等，还有冰箱、 空调等，它们分别以不同的方式 利用了不同种类的循环过程，最 终具有了各自不同的功能。
那么，这些机器和设备是怎样 利用循环过程来达到各自的目的？ 对于它们什么是最关键的指标？工 程师设计高性能的机器和设备以及 提高其性能的依据是什么呢？
高温热源呢？这就是致冷机的效率问题。
二、热机效率
1. 热机
把热能转换成机械能的装置称为热机，如蒸汽机、 汽车发动机等。
2. 热机工作特点 •需要一定工作物质。
P
正循环
Q吸
•至少需要两个热源。 •工作物质作正循环。
Q放 o
W V
3.工作示意图
热机从高温热源吸取热 量，一部分转变成功，另 一部分放到低温热源。
经过一个循环内能不变。
②.热机效率
1
|
Q放 |
Q吸
Q吸 QAB QCA 20775 24874 45649 J
Q放 QBC 29085 J
P
由1→2的膨胀过程中系统从
1
高温热源（外界）吸热Q1。
Q吸 正循环
由2 →1的压缩过程中系统向
低温热源（外界）放热Q2。
正循环过程中，系统从外界 吸收的总热量（净热）为：
o
Q1-Q2。
Q放 V1
W 2
V V2
符号规定：在此我们规定W、Q均取绝对值。-W表示 系统对外作负功，-Q表示系统向外界放热。
各过程的内能增量、功、和热量；
②.热机效率。 解：①
PA
AB为等温膨胀过程
T A T B 1300 K
E AB 0
C o 0.5
等温线
B 5 V (m 3 )
Q AB W AB
P
m' M
RTA
ln
VB VA
1 8.31 1300 ln 5 0.5
24874 J 吸热
o
BC为等压压缩过程
Q吸
低温热源T2
室外
1.供暖系数
室内
如果外界做一定的功，泵到
高温源的热量越多，供暖系
高温热源T1
数就越大。
Q1
W
由能量守恒
Q放
热泵
W
Q1 W Q2
Q吸
低温热源T2
Q1 W Q2 1 e
WW
室外Fra Baidu bibliotek
例：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.
高温热源T1
Q1
4.热机效率
热机
W
如果从高温源吸取的
热量转变成的功越多，则
Q2
热机效率就越大。
热机效率
W
Q1
低温热源T2
W Q1 Q2,
Q1 Q2 1 Q2 1
Q1
Q1
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、致冷机
致冷机的工作物 质作逆循环。通过外 界对系统作功将系统 由低温源吸收的热量 传递到高温源，从而 使低温源温度降低。
P
Q放
逆循环
W
Q吸
o
V
例如：电冰箱、空调都属于致冷机。
1.工作示意图
致冷机是通过外界作功 将低温源的热量传递到 高温源中，使低温源温 度降低。
室外
高温热源T1
Q1
2.致冷系数
致冷机
W
如果外界做一定的功，从低
温源吸取的热量越多，致冷 效率越大。
致冷系数 e Q2 W
Q2
低温热源T2
室内
e Q2 W