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1、 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 热机发展简介 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸 汽机 ，当时蒸汽机的效率极低 . 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 . 各种热机的效率 液体燃料火箭柴油机 汽油机蒸汽机 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 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 . 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 冰箱循环
2、示意图 第六章 热力学基础6 - 3 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 . 热力学第一定律 净功 特征 一 循环过程 A B 总放热（取绝对值） 总吸热 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 热机 二 热机效率 热机效率 高温热源 低温热源 热机（正循环） A B 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 致冷机致冷系数 致冷机（逆循环） 致冷机 高温热源 低温热源 A B 致冷机的致冷系数 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 例1 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 例 2 如图所示，是
3、某理想气体循环过程的T-V的图，CA 为绝热过程，A点的态参量为（T，V1）和B点的态参量为 （T，V2）为已知。求C点的温度和这个循环的效率 . 解：AB是等温过程，所以 CA是绝温过程，由绝热方程得 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 由图可知,整个循过程中所吸收的热量为 整个循过程中所放出的热量为 效率 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 1 4 23 例 6-4 1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其 中 , 求12、23、34、41 各过程中气体吸收的热量和热机的效率 . 解 由理想气体物态方程得 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 1
4、4 23 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 总效率 也可以用功来计算总效率 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 例 6-5 1mol 刚性双原子分子理想气体作如图所示的 循环过程，其中1-2为直线，2-3为绝热线，3-1为等温线， 已知T2=2T1，V3=8V1。试求：（1）各过程的内能增量 、功和传递的热量（用T1、R表示）；（2）此循环的效 率。（ ） 解 由题意，3-1是等温过程，故 刚性双原子分子， 则其自由度 因此 1-2是吸热过程，内能改变 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 系统对外所作的功 吸收的热量 2-3为绝热过程 3-1为等温过
5、程 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 在整个循环过程中 系统吸收的热量 系统放出的热量 循环效率 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 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 . 三 卡诺循环 低温热源 高温热源 卡诺热机 W A B C D 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. 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 W A B C D 理想气体卡诺循环热机效率的计算 A B 等温膨胀 B C 绝热膨胀 C D 等温压缩 D A 绝热压
6、缩 卡诺循环 A B 等温膨胀吸热 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 C D 等温压缩放热 W A B C D 卡诺循环的效率 A B 等温膨胀吸热 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 W A B C D D A 绝热过程 B C 绝热过程 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 卡诺热机效率 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 . 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 W A B C D 高温热源 低温热源 卡诺致冷机 卡诺致冷机（卡诺逆循环） 卡诺致冷机致冷系数 第六章 热力学基础
7、6 - 3 循环过程 卡诺循环 图中两卡诺循环 吗 ？ 讨 论 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 例5 一可逆卡诺热机低温热源的温度为 ， 效率为40；若将其效率提高到50，则高温热源温 度需提高几度？ 解:根据 所以高温热源需提高的温度为： 得 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 例6 一台电冰箱放在室温为 的房间里 ，冰 箱储藏柜中的温度维持在 . 现每天有 的 热量自房间传入冰箱内 , 若要维持冰箱内温度不变 , 外 界每天需作多少功 , 其功率为多少? 设在 至 之间运转的致冷机 ( 冰箱 ) 的致冷系数, 是卡诺致冷机 致冷系数的 55% . 解 由致冷
8、机致冷系数 得 房间传入冰箱的热量 热平衡时 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 房间传入冰箱的热量 热平衡时 保持冰箱在 至 之间运转, 每天需作功 功率 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 例 6-6 四冲程汽油机（奥托循环）的作功原理如图所 示。AB相当于压强约为 1 atm 的混合气体燃料；BC相当 于活塞把吸入气缸内的混合气体燃料加以压缩，由于压缩 快，散热慢，可看作是绝热压缩过程；CD相当于用电火 花使压缩后的混合气体燃料瞬时爆炸，于是气体的压强骤 然增加，在这一瞬间，活塞移动 距离极小；DE相当于爆炸后的气 体作绝热膨胀，并推动活塞对外 作功；EB相当于对外作功后气体 的压强骤然减小到大气压，在此 过程中，活塞移动甚微；BA相当 于活塞把废气排出缸体，接着为 下一次循环作准备。求此循环的 效率。 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 解奥托循环中，气体在等体升压过程CD中吸热 , 而在等体降压过程EB中放热 ,设气体的质量为m，摩尔质 量为M，定体摩尔热容为CV,m，则有 若将气体看作是理想气体，则对于绝热膨胀过程DE和 绝热压缩过程BC，就可利用绝热方程式， 得 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 上两式经变换后得 绝热压缩比 奥托循环的效率 第六章 热力学基础6 - 3 循环过程 卡诺循环 作业：
