循环过程卡诺循环PPT课件
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高温处,从而获得低温的机器. 如冰箱, 空调等. 致冷机的工作过程对应着p-V图的一个逆循环过程AdBcA.
pA
c
W
d
B
o VA
VB V
高温热源
Q1
致冷机
W
Q2 低温热源
致冷机致冷系数 e Q2 Q2 W Q1 Q2
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环
冰箱循环示意图
第十三章 热力学基础
各种热机的效率
液体燃料火箭 48% 柴油机 37%
汽油机
25% 蒸汽机 8%
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环
热机 : 持续地将热量转变为功的机器 .
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环 致冷机 ：利用外界对工作物质做功使热量持续地由低温处流入
第一节13-5 循环过程 卡诺循环
第十三章 热力学基础
一 循环过程
13-5 循环过程 卡诺循环
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 由热力学第一定律
pA
Q W
净功 W Q1 Q2 Q
总吸热
Q1
o VA
总放热
Q2 （取绝对值）
净吸热
VB V
逆循环中系统对外界所做功的净功等于循环所包围的面积的负值.
二、热机和致冷机
热机：利用工作物质持续地将热量转变为功的机器 . 热机的工作过程对应着p-V图的一个正循环过程AcBdA.
热机（正循环） W 0
第十三章 热力学基础
/19
13-5 循环过程 卡诺循环
pA
c W
d
B
o VA
VB V
T1 T2
p2
T1 B
p4
W
D
p3
C
T2 V
高温热源T1
Q1
卡诺热机
Q2
W
o V1 V4
V2 V3
低温热源T2
卡诺循环的工作物质可以是各种物质,为简便起见,设为理想气体.
卡诺循环中,理想气体从高温热源吸收热量,对外做功,在低温热源处放 出剩余的热量. 卡诺循环是正循环ABCDA.
按卡诺循环工作的热机称为卡诺热机.
Q
第十三章 热力学基础
c W
d
B
VB V
13-5 循环过程 卡诺循环
正循环: p-V图上按顺时针方向进行的循环 过程.如右图所示的循环AcBdA是正循环. p A
正循环中系统对外界所做功的净功等于 循环所包围的面积.
c W
d
B
逆循环: p-V图上按逆时针方向进行的循
环过程. 如右图所示的循环AdBcA是逆循环. o VA
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环
理想气体卡诺循环热机效率的计算
p p1
A
T1 T2 Qab
p2
T1 B
p4
W
D
p3
C
Qcd T2 V
o V1 V4
V2 V3
卡诺循环
A — B 等温膨胀 B — C 绝热膨胀 C — D 等温压缩 D — A 绝热压缩
第十三章 热力学基础
等温过程的吸热公式
RT2
ln
V3 V4
第十三章 热力学基础
由绝热过程方程
T V 1 常量 (P225页13 17式)
p p1
A
T1 T2 Qab
p2
T1 B
p4
W
D
p3 o V1 V4
C
Qcd T所2 以V
V2 V3
13-5 循环过程 卡诺循环
B — C 绝热过程
T1V2 1 T2V3 1
D — A 绝热过程
V1 1T1 V4 1T2
V2 V3 V1 V4
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环
W 1 Q2 1 RT2 ln(V2 /V1) 1 T2
Q1
Q1
RT1 ln(V3 /V4 )
T1
卡诺热机效率
1 T2
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 .
QT
RT
ln V2 V1
RT
ln
p1 p2
(P223页13 14式)
p p1
A
T1 T2 Qab
p2
T1 B
p4
W
D
p3
C
Qcd T2 V
o V1 V4
V2 V3
13-5 循环过程 卡诺循环
A — B 等温膨胀吸热
Q1
Qab
RT1 ln
V2 V1
C — D 等温压缩放热
Q2
Qcd
高温热源
பைடு நூலகம்Q1
热机
W
Q2
低温热源
热机效率 W Q1 Q2 1 Q2
Q1
Q1
Q1
第十三章 热力学基础
热机发展简介
13-5 循环过程 卡诺循环
1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸 气机 ，当时蒸气机的效率极低 . 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 .
(iii) C B,绝热压缩;外界对气体做功, 气体温度T2 T1(升高),.
(iv) 最后, B A,等温压缩;此过程中外界对气体做功使气体将气 量Q1传 递给高温热源, 从而完成一个逆循环.
第十三章 热力学基础
/19
13-5 循环过程 卡诺循环
卡诺致冷机（卡诺逆循环）
按卡诺逆循环工作的热机称为卡诺致冷机.
T1 B
W
D Q2 T2
C
V
/19
13-5 循环过程 卡诺循环
三 卡诺循环
13-5 循环过程 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； 他 还提出了著名的卡诺定理.
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 .
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环
p p1 A
第十三章 热力学基础
卡诺逆循环
13-5 循环过程 卡诺循环
由两个绝热过程和两个等温过程组成的逆循环称为卡诺逆循环. 如图所示. 卡诺逆循环过程: 设工作物质为理想气体.
p
A Q1
T1 T2
T1 B
W
D Q2 T2
C
V
o
(i) A D,绝热膨胀;系统对外做功,气体 温度T1 T2(降低).
(ii) D C,等温膨胀;此过程中气体从低 温做热功.源中吸收热量Q2; 系统对外界
高温热源 T1
等温过程DC吸收的热量为
Q1
Q2
QDC
RT2
ln
VC VD
等温过程BA放出的热量为
Q1
QBA
RT1
ln
VB VA
因为AD和CB是绝热过程, 因此有
卡诺致冷机
W
Q2
低温热源 T2
p
A Q1
T1 T2
VB VC
VA VD
由以上三式可得
Q2 Q1 T2 T1
o
第十三章 热力学基础
pA
c
W
d
B
o VA
VB V
高温热源
Q1
致冷机
W
Q2 低温热源
致冷机致冷系数 e Q2 Q2 W Q1 Q2
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环
冰箱循环示意图
第十三章 热力学基础
各种热机的效率
液体燃料火箭 48% 柴油机 37%
汽油机
25% 蒸汽机 8%
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环
热机 : 持续地将热量转变为功的机器 .
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环 致冷机 ：利用外界对工作物质做功使热量持续地由低温处流入
第一节13-5 循环过程 卡诺循环
第十三章 热力学基础
一 循环过程
13-5 循环过程 卡诺循环
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 由热力学第一定律
pA
Q W
净功 W Q1 Q2 Q
总吸热
Q1
o VA
总放热
Q2 （取绝对值）
净吸热
VB V
逆循环中系统对外界所做功的净功等于循环所包围的面积的负值.
二、热机和致冷机
热机：利用工作物质持续地将热量转变为功的机器 . 热机的工作过程对应着p-V图的一个正循环过程AcBdA.
热机（正循环） W 0
第十三章 热力学基础
/19
13-5 循环过程 卡诺循环
pA
c W
d
B
o VA
VB V
T1 T2
p2
T1 B
p4
W
D
p3
C
T2 V
高温热源T1
Q1
卡诺热机
Q2
W
o V1 V4
V2 V3
低温热源T2
卡诺循环的工作物质可以是各种物质,为简便起见,设为理想气体.
卡诺循环中,理想气体从高温热源吸收热量,对外做功,在低温热源处放 出剩余的热量. 卡诺循环是正循环ABCDA.
按卡诺循环工作的热机称为卡诺热机.
Q
第十三章 热力学基础
c W
d
B
VB V
13-5 循环过程 卡诺循环
正循环: p-V图上按顺时针方向进行的循环 过程.如右图所示的循环AcBdA是正循环. p A
正循环中系统对外界所做功的净功等于 循环所包围的面积.
c W
d
B
逆循环: p-V图上按逆时针方向进行的循
环过程. 如右图所示的循环AdBcA是逆循环. o VA
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环
理想气体卡诺循环热机效率的计算
p p1
A
T1 T2 Qab
p2
T1 B
p4
W
D
p3
C
Qcd T2 V
o V1 V4
V2 V3
卡诺循环
A — B 等温膨胀 B — C 绝热膨胀 C — D 等温压缩 D — A 绝热压缩
第十三章 热力学基础
等温过程的吸热公式
RT2
ln
V3 V4
第十三章 热力学基础
由绝热过程方程
T V 1 常量 (P225页13 17式)
p p1
A
T1 T2 Qab
p2
T1 B
p4
W
D
p3 o V1 V4
C
Qcd T所2 以V
V2 V3
13-5 循环过程 卡诺循环
B — C 绝热过程
T1V2 1 T2V3 1
D — A 绝热过程
V1 1T1 V4 1T2
V2 V3 V1 V4
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环
W 1 Q2 1 RT2 ln(V2 /V1) 1 T2
Q1
Q1
RT1 ln(V3 /V4 )
T1
卡诺热机效率
1 T2
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 .
QT
RT
ln V2 V1
RT
ln
p1 p2
(P223页13 14式)
p p1
A
T1 T2 Qab
p2
T1 B
p4
W
D
p3
C
Qcd T2 V
o V1 V4
V2 V3
13-5 循环过程 卡诺循环
A — B 等温膨胀吸热
Q1
Qab
RT1 ln
V2 V1
C — D 等温压缩放热
Q2
Qcd
高温热源
பைடு நூலகம்Q1
热机
W
Q2
低温热源
热机效率 W Q1 Q2 1 Q2
Q1
Q1
Q1
第十三章 热力学基础
热机发展简介
13-5 循环过程 卡诺循环
1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸 气机 ，当时蒸气机的效率极低 . 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 .
(iii) C B,绝热压缩;外界对气体做功, 气体温度T2 T1(升高),.
(iv) 最后, B A,等温压缩;此过程中外界对气体做功使气体将气 量Q1传 递给高温热源, 从而完成一个逆循环.
第十三章 热力学基础
/19
13-5 循环过程 卡诺循环
卡诺致冷机（卡诺逆循环）
按卡诺逆循环工作的热机称为卡诺致冷机.
T1 B
W
D Q2 T2
C
V
/19
13-5 循环过程 卡诺循环
三 卡诺循环
13-5 循环过程 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； 他 还提出了著名的卡诺定理.
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 .
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环
p p1 A
第十三章 热力学基础
卡诺逆循环
13-5 循环过程 卡诺循环
由两个绝热过程和两个等温过程组成的逆循环称为卡诺逆循环. 如图所示. 卡诺逆循环过程: 设工作物质为理想气体.
p
A Q1
T1 T2
T1 B
W
D Q2 T2
C
V
o
(i) A D,绝热膨胀;系统对外做功,气体 温度T1 T2(降低).
(ii) D C,等温膨胀;此过程中气体从低 温做热功.源中吸收热量Q2; 系统对外界
高温热源 T1
等温过程DC吸收的热量为
Q1
Q2
QDC
RT2
ln
VC VD
等温过程BA放出的热量为
Q1
QBA
RT1
ln
VB VA
因为AD和CB是绝热过程, 因此有
卡诺致冷机
W
Q2
低温热源 T2
p
A Q1
T1 T2
VB VC
VA VD
由以上三式可得
Q2 Q1 T2 T1
o
第十三章 热力学基础