5.3循环过程 卡诺循环分享资料
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可见，正循环过程中系统对外作正功。
3
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：Q1-Q2。
Q放 o
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。
1 | Q放|
Q吸 1| 2908|5
45649
C
B
e Q2 W
由能量守恒 WQ1Q2
e Q 2 Fra Baidu bibliotekQ2
W
Q1 Q2
12
3.电冰箱工作原理
冷凝器
节流阀 冰室
压缩机
13
冰箱循环示意图
14
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
热泵是通过外界作功，
W
将低温源（室外）的热量 泵到高温源（室内），与 制冷机顺序相反。
2
4. 正循环过程的功能转换
对如图示的正循环，由 1→2的膨胀过程中系统对
P 1
Q 吸 正循环
外作正功
W1膨胀1曲 下 2线 的面积
由2 →1的压缩过程中系统对
Q放
外作负功
o
W2压缩曲 2下 1线 的面V积 1
W 2
V V2
正循环过程中，系统对外作的总功（净功）为：
WW1W2 闭循环曲线所围 0 面积
m' EBCMCV(TCTB)
158.31 (300 13)0 0207J75
2 18
W BC P (V C V B )
m MR(TC
TB)
PA
等温线 TA 1300K
1 8 .3 1 (30 103 )0C0
B
Tc 30K 0
831 J 0
o 0.5
QBCM m'CP(TCTB)
5 V(m3)
207J75 吸热 一个循环中的内能增量为：
E E A B E B C E CA
0 20 7 27 05 7 0 75 经过一个循环内能不变。
②.热机效率
1
|
Q放 |
Q吸
21
Q 吸 Q AB Q C A207 27458 47 56 4J49
Q放QBC
290J85 P A
等温线 TA 1300K
4
由热力学第一定律，
P
1
E0
Q Q 1 Q 2 W 1 W 2 W
Q 吸 正循环 W
由此可见，在正循环过程中，
系统从高温热源吸收的热量
Q放
部分用于对外作功，部分在 o
低温热源处放出。
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
5. 逆循环过程的功能转换 系统对外作的净功
Q吸 低温热源T2
室外
15
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 数就越大。
高温热源T1
Q1 W
由能量守恒
Q放
热泵
W
Q1WQ2
Q吸 低温热源T2
Q1WQ2 1e
WW
室外
16
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.各过 程的内能增量、功、和热量；
W= - W1+W2<0
即外界对系统作功。
系统从外界吸收的净热
P 1
Q放 逆循环 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 高温热源呢？这就是致冷机的效率问题。
②.热机效率。 P A 解：①
等温线
AB为等温膨
胀过程
C
TATB13K 00
EAB0
o 0.5
B 5 V(m3)
17
QABWAB
PA
等温线
m' M
RTA
ln
VB VA
TA 1300K
18.3 113 0ln 05 0.5
C
B
Tc 30K 0
248J7吸4热 BC为等压压缩过程
o
0.5
5 V(m3)
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？
6
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
Q 吸 正循环
•至少需要两个热源。 •工作物质作正循环。
Q放 o
W
V
7
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。
高温热源T1
Q1
4.热机效率 如果从高温源吸取的
P
Q放
逆循环
W
Q吸
o
V
例如：电冰箱、空调都属于致冷机。
10
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 Q 2 W
Q2
低温热源T2 室内
11
178.31 (300 13)00 290J8放5热
2 19
或由热力学第一定律
QEW
PA
等温线 TA 1300K
Q BC 207 873510
290J85 放热
C
B
Tc 30K 0
CA为等容升压过程 o 0.5
5 V(m3)
WCA0
QCA ECA M m' CV(TATC)
20
QCAECA15 28.3 1(13 0300)0
1 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。
热量转变成的功越多，则 热机效率就越大。
热机效率
W Q1
Q1 Q2 1 Q 2
Q1
Q1
热机
W
Q2
低温热源T2
WQ1Q2,
1
8
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 .
9
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。
3
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：Q1-Q2。
Q放 o
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。
1 | Q放|
Q吸 1| 2908|5
45649
C
B
e Q2 W
由能量守恒 WQ1Q2
e Q 2 Fra Baidu bibliotekQ2
W
Q1 Q2
12
3.电冰箱工作原理
冷凝器
节流阀 冰室
压缩机
13
冰箱循环示意图
14
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
热泵是通过外界作功，
W
将低温源（室外）的热量 泵到高温源（室内），与 制冷机顺序相反。
2
4. 正循环过程的功能转换
对如图示的正循环，由 1→2的膨胀过程中系统对
P 1
Q 吸 正循环
外作正功
W1膨胀1曲 下 2线 的面积
由2 →1的压缩过程中系统对
Q放
外作负功
o
W2压缩曲 2下 1线 的面V积 1
W 2
V V2
正循环过程中，系统对外作的总功（净功）为：
WW1W2 闭循环曲线所围 0 面积
m' EBCMCV(TCTB)
158.31 (300 13)0 0207J75
2 18
W BC P (V C V B )
m MR(TC
TB)
PA
等温线 TA 1300K
1 8 .3 1 (30 103 )0C0
B
Tc 30K 0
831 J 0
o 0.5
QBCM m'CP(TCTB)
5 V(m3)
207J75 吸热 一个循环中的内能增量为：
E E A B E B C E CA
0 20 7 27 05 7 0 75 经过一个循环内能不变。
②.热机效率
1
|
Q放 |
Q吸
21
Q 吸 Q AB Q C A207 27458 47 56 4J49
Q放QBC
290J85 P A
等温线 TA 1300K
4
由热力学第一定律，
P
1
E0
Q Q 1 Q 2 W 1 W 2 W
Q 吸 正循环 W
由此可见，在正循环过程中，
系统从高温热源吸收的热量
Q放
部分用于对外作功，部分在 o
低温热源处放出。
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。
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5. 逆循环过程的功能转换 系统对外作的净功
Q吸 低温热源T2
室外
15
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 数就越大。
高温热源T1
Q1 W
由能量守恒
Q放
热泵
W
Q1WQ2
Q吸 低温热源T2
Q1WQ2 1e
WW
室外
16
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.各过 程的内能增量、功、和热量；
W= - W1+W2<0
即外界对系统作功。
系统从外界吸收的净热
P 1
Q放 逆循环 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 高温热源呢？这就是致冷机的效率问题。
②.热机效率。 P A 解：①
等温线
AB为等温膨
胀过程
C
TATB13K 00
EAB0
o 0.5
B 5 V(m3)
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QABWAB
PA
等温线
m' M
RTA
ln
VB VA
TA 1300K
18.3 113 0ln 05 0.5
C
B
Tc 30K 0
248J7吸4热 BC为等压压缩过程
o
0.5
5 V(m3)
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？
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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
Q 吸 正循环
•至少需要两个热源。 •工作物质作正循环。
Q放 o
W
V
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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。
高温热源T1
Q1
4.热机效率 如果从高温源吸取的
P
Q放
逆循环
W
Q吸
o
V
例如：电冰箱、空调都属于致冷机。
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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 Q 2 W
Q2
低温热源T2 室内
11
178.31 (300 13)00 290J8放5热
2 19
或由热力学第一定律
QEW
PA
等温线 TA 1300K
Q BC 207 873510
290J85 放热
C
B
Tc 30K 0
CA为等容升压过程 o 0.5
5 V(m3)
WCA0
QCA ECA M m' CV(TATC)
20
QCAECA15 28.3 1(13 0300)0
1 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。
热量转变成的功越多，则 热机效率就越大。
热机效率
W Q1
Q1 Q2 1 Q 2
Q1
Q1
热机
W
Q2
低温热源T2
WQ1Q2,
1
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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 .
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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。