第13章 热力学基础5.

p（103RPa） 600
a
300
O
c
1 2
b
V（10-3m3）
p（103RPa） 600
a
ca是等体过程
m Qca E CV (Ta Tc ) M
300
O
c
1 2
b
V（10-3m3）
450 R
循环过程中系统吸热
Q1 Qab Qca
600 Rln 2 450 R 866 R
三、卡诺循环
卡诺,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。
例1：1 mol 单原子分子理 想气体的循环过程如图示。 (1) 作出 pV 图
T(K） 600
a
b c
(2) 此循环效率
解：(1) pV 图如图所示 (2) ab是等温过程，有
O
1
V（10-3m3） 2
Vb Qab W RT ln Va 600Rln2 bc是等压过程，有 m Qb c C p (Tc Tb ) 750 R M
柴油机 A→B：吸气 B→C：绝热压缩 C→D：点火燃烧 D→E：绝热膨胀 E→B→A：排气
逆循环(循环沿逆时针方向进行)
p
W W1 W2 0
（系统对外作负功）
Ⅰ
·
b Q2
Q1 a Ⅱ · V
Q1 W Q2
逆循环也称为致冷循环 制冷系数 表示制冷机的效能 工质从冷库中吸取的热量Q2与外界 对工质作功W 的比值
解：在b→c过程中气体吸收的热量为 m Q1 CV ,m T3 T2 M 在d→a过程中气体放出的热量为 m Q2 CV ,m T4 T1 M
Q2 T4 T1 1 1 Q1 T3 T2
T2V2 1 T1V1 1
T3V2 1 T4V1 1
T4 T1 1 1 1 1 1 1 1 T3 T2 r V1 V 2
T3 T2 V1 T4 T1 V2
V1 V2 r
称压缩比
1
例 逆向斯特林致冷循环的热力学循环原理如图所示，该循环由四个过程 组成，先把工质由初态A（V1， T1）等温压缩到B（V2 ， T1） 状态， 再等体降温到C （V2， T2）状态，然后经等温膨胀达到D （V1， T2） 状态，最后经等体升温回到初状态A，完成一个循环。
热可以获得动力 如何获得持 久的功？ 通过循环过程 热机的产生
蒸汽机产生了，但 效率很低，仅8％。
利用循环过程持续 地将热量转变为功 的机器称热机
如何提高热 机的效率？
§ 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。
求 该致冷循环的致冷系数 解 在过程CD中，工质从冷库吸取 V1 的热量为
p
B
Q1
A
Q2 RT2 ln
V2
C
在过程中AB中，向外界放出的 V 热量为 Q RT ln 1
1 1
Q2 D
O
W Q1 Q2
V2
V
整个循环中外界对工质所作的功为 循环的致冷系数为
e
Q2 Q2 T2 W Q1 Q2 T1 T2
1、循环过程的分类
正循环(循环沿顺时针方向进行) （系统对外作功）
p
Ⅰ
·
b Q2
Q1 a Ⅱ · V
W W1 W2 0
正循环也称为热机循环
O
工质经一循环,根据热力学第一定律
W Q1 Q2
热机循环效率 工质对外所作功W与吸收热量Q1的比值
高温热源
Q1
W 热机 Q2
Q2 W Q1 Q2 1 Q1 Q1 Q1
循环过程中系统放热
Q2 Qbc 750R
Q2 750R 1 1 13.4 0 0 Q1 866 R
例2：奥托循环的过程曲线如 图所示。它由下列四步组成： (1)绝热压缩a→b，气体从(V1， T1)状态变化到 (V2，T2)状态； (2)等体吸热 b→c，气体由(V2， T2)状态变化到(V2，T3)状态； (3)绝热膨胀c→d，气体由(V2， T3)状态变化到(V1，T4)状态； (4)等体放热d→a，气体由(V1， T4)状态变回到(V1，T1)状态。 求这个理想循环的效率。
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。 A — B 等温膨胀 B — C 绝热膨胀 C — D 等温压缩 D — A 绝热压缩
p p1 p2
O
高温热源
Q1
致冷机
W
Q2 Q2 e W Q1 Q2
Q2
低温热源
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。
逆循环的特征：
制冷机经历一个逆循环后，由于外界对它作功，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。 电冰箱是典型的致冷机
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
二、热机和制冷机
( 1)
低温热源
Байду номын сангаас
•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，对外作功W， 又向低温热源放出热量Q2。 并且工质回到初态，内能 泵 不变。
T1 Q1 |W| 气缸 T2 Q2
汽油机 A→B：吸气 B→C：绝热压缩 C→D：点火燃烧 D→E：绝热膨胀 E→B→A：排气