4-5循环过程 热机解析

2
二 热机 ：持续地将热量转变为功的机器。
p
1
A0
2
o
V
工作物质：在热机中被利用来吸收热量并对外 做功的物质叫工作物质，简称为工质。
第四章 热学基础 3
3
蒸 气 机 的 工 作 示 意 图
热机效率
A Q
第四章 热学基础
4
p
热机效率如何计算？
1）分成多个等值的分过程
Q1 Qi 2）
V3 ln Q2 T2 V4 1 1 Q1 T1 ln V2 V1
讨 论：
1） 卡 仅决定于
2）卡 1 ;
T2 卡 1 T1
T1、 T2 ；
T2 卡 ； 3） T1 、
4）当
T1 T2
时Leabharlann Baidu 卡
0
。
第四章 热学基础 11
11
1 ? 2
常见热机的效率
柴油机
37%
汽油机 蒸汽机
25%
8%
第四章 热学基础 16
16
1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其 中 p2 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 .
例
p2 p1
P
2
Q23
解 由理想气体物态方程得
A ( p2 p1)(V 4 V 1) p1V 1 RT 1 RT Q Q 1 W 1 2 15.3% Q1 Q1 T1 (3CV ,m 2R)
第四章 热学基础 18
18
4 －5
循环过程 思考 例
热机 下列四个假想的循环过程，哪个可行？
p （ A）
O
等温
三 卡诺循环
卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝 热过程组成。 p A 高温热源 T T 1 2 p1 T 1 Q 1 Q
p2 p4
1T 1
B C
p3
D
A Q2
T2
V2
Q2
V
A
o V1 V4
V3
低温热源 T2 热学基础 7
7
Q2 卡诺热机效率 卡 1 Q第四章 1
理想气体卡诺循环热机效率的计算
i
(Qi 0)
o
Q2 3）
Q
j
j
(Q j 0)
A Q1 Q2 Q2 1 4） Q1 Q1 Q1
第四章 热学基础 5
5
卡诺(1800-1836) 法国青 年工程师,是热力学的创 始人之一。 他用“理想实 验”的思维方法，创造了 一部理想的热机--卡诺热 机。
6
第四章 热学基础 6
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
V2 1T1 V3 1T2
V1 T1 V4 T2
1 1
D — A 绝热过程
第四章 热学基础 9
9
p p1
p2 p4
A
Qab
T1
D
T1 T2
B
V2 V3 V1 V4
卡诺热机效率
A
C
p3
o V1 V4
Qcd T2
V2
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 . 10 第四章 热学基础 10
T1 1 V 1 0 T1V T2V0 T2 V
1
p
34为绝热膨胀过程
T4 1 V0 1 V0 T3 T4V T3 V
1
T4 T1 T3 T2
3 Q1 绝热 4 Q2 2
o
绝热
V0
1
V
V
V ( 1) V0 ( 1) T4 T1 1 ( ) 1 ( ) 1 V0 T3 T2 V V －－体积压缩比 54 % 实际只有25% V0 15
p2 p4
A
Qab
T1
D
T1 T2
B
Q1
V M RT1 ln 2 M mol V1
C — D 等温压缩放热
Q2 Qcd
C
W
p3
o V1 V4
V M RT2 ln 3 M mol V4
Qcd T2
V2
V
V3
B — C 绝热过程
V3 ln Q2 T2 V4 1 1 Q1 T1 ln V2 V1
§4.3 循环过程 卡诺循环
一 循环过程
定义：系统经过一系列状态变化过程后，又回到原
来状态的过程叫热力学循环过程，简称循环 .
P
1 A0
p
1
P
1
A0
2
2
o
正循环
2
V
oV
o
V 逆循环
循环过程的特点：
(1)经过一个循环，
E ; 0
(2)循环曲线为闭合曲线；
(3)
A S闭合曲线
。
第四章 热学基础 2
M CV ,m (T4 T1 ) Q2 Q41 CV ,m (T1 T4 ) M mol M mol T 4 T1 Q2 1 循环效率 1 T3 T2 Q1
第四章 热学基础 14
14
41为等容放热过 程 M
o
绝热
V0
1
V
V
12为绝热压缩过程 TV 1 C
p
T2
A1
A1 A2
p
T2
A1
T1
T1
A1 A2
A2
V
A2
T1
o
1 2
o
1 2
V
12
第四章 热学基础 12
奥 托 循 环
第四章 热学基础13
13
求：奥托循环效率。
解：
p
23为等容吸热过程
M Q1 Q23 CV ,m (T3 T2 ) M mol
3 Q1 绝热 4 Q2 2
p p1
p2 p4
A
Qab
T1
D
T1 T2
B
卡诺循环
A — B 等温膨胀
A
C
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
Q1 Qab V M RT1 ln 2 M mol V1
A — B 等温膨胀吸热
第四章 热学基础 8
8
p p1
绝热
p （ C）
绝热 绝热
V
绝热 等温
O
V
等温 绝热 绝热
p （B）
O
p
（ D）
V
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
17
o
V1
V4 V
Q34 CV ,m (T4 T3 ) 2CV ,mT1
p2 p1