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1、 热机发展简介：热机发展简介：1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先年纽可门先后发明了后发明了蒸汽机蒸汽机 ，但效率极低，但效率极低 . 1765年瓦特进行了年瓦特进行了重大改进重大改进 ，大大提高了效率，大大提高了效率 . 人们一直在为提高热人们一直在为提高热机的效率而努力，机的效率而努力， 从理论上研究热机效率问题，从理论上研究热机效率问题， 一一方面指明了提高效率的方向，方面指明了提高效率的方向， 另一方面也推动了热另一方面也推动了热学理论的发展学理论的发展 .各种热机的效率各种热机的效率液体燃料火箭液体燃料火箭柴油机柴油机汽油机汽油机蒸汽机蒸汽机9.4 9.4 循环过程循环过程
2、 1基础教学热机热机 ：持续地将热量转变为功的机器：持续地将热量转变为功的机器 . 工作物质工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质并对外做功的物质 .2基础教学一一 循环过程循环过程 系统由某一状态出发，经过一系列变化过程后系统由某一状态出发，经过一系列变化过程后又回到原来的状态，这样的过程称为循环过程：又回到原来的状态，这样的过程称为循环过程： p O V 12V1V2Vp 曲线为闭合曲线曲线为闭合曲线3基础教学ab 系系统对外界作功外界作功 W10外界外界对系系统作功作功 W20，正循环，热机，正循环，热机4基础教学2 2、正循环和逆循环、
3、正循环和逆循环 为为制冷机制冷机的循环过程的循环过程逆循环逆循环逆时针逆时针为为热机热机的循环过程的循环过程正循环正循环顺时针顺时针, p O V 12正循环正循环 p O V 逆循环逆循环5基础教学热机热机3、热机效率、热机效率热机效率热机效率高温热源高温热源低温热源低温热源ab6基础教学4 制冷机和制冷系数制冷机和制冷系数工作物质工作物质高温热源高温热源低温热源低温热源制冷系数制冷系数注意：所有的注意：所有的Q1 Q2 均取绝对值。均取绝对值。7基础教学答案答案B1. 所列四图分别表示理所列四图分别表示理想气体的四个设想的循想气体的四个设想的循环过程请选出其中一环过程请选出其中一个在物理上
4、可能实现的个在物理上可能实现的循环过程的图的标号循环过程的图的标号8基础教学2.已知一定量的理想气体经历已知一定量的理想气体经历pT图上所示的循环图上所示的循环过程，过程，图中各过程的吸热、放热情况为：图中各过程的吸热、放热情况为： (1) 过程过程12中，气体中，气体_ (2) 过程过程23中，气体中，气体_ (3) 过程过程31中，气体中，气体_ 吸热吸热 放热放热 放热放热 9基础教学1423 例例 1 1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其氦气经过如图所示的循环过程，其中中 , 求求12、23、34、41各过程中气体吸收的热量和热机的效率各过程中气体吸收的热量和热机的效率 .解解
5、由理想气体物态方程得由理想气体物态方程得10基础教学142311基础教学1423净功净功热机效率热机效率12基础教学萨迪萨迪卡诺卡诺(Sadi Carnot) （ 17961832 ）法国青）法国青年工程师、热力学的创始年工程师、热力学的创始人之一。第一个把热和动人之一。第一个把热和动力联系起来的人，是热力力联系起来的人，是热力学的真正的理论基础建立学的真正的理论基础建立者。者。 他出色地、创造性地他出色地、创造性地用用“理想实验理想实验”的思维方的思维方法，提出了最简单，但有法，提出了最简单，但有重要理论意义的热机循环重要理论意义的热机循环卡诺循环卡诺循环三三 卡诺循环卡诺循环 13基础教学
6、 卡诺卡诺循环是由两个准静态循环是由两个准静态等温等温过程和两个过程和两个准静态准静态绝热绝热过程组成过程组成 .1. 卡诺循环卡诺循环 低温热源低温热源高温热源高温热源卡诺热机卡诺热机Wabcd14基础教学Wabcd 理想气体卡诺循环热机效率的计算理想气体卡诺循环热机效率的计算 a b 等温膨胀等温膨胀 b c 绝热膨胀绝热膨胀 c d 等温压缩等温压缩 d a 绝热压缩绝热压缩卡诺循环卡诺循环a b 等温膨胀等温膨胀吸吸热热15基础教学c d 等温压缩放热等温压缩放热Wabcd d a 绝热过程绝热过程b c 绝热过程绝热过程 16基础教学 卡诺热机效率卡诺热机效率Wabcd 卡诺热机效率
7、与工作卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效差越大，则卡诺循环的效率越高率越高 . 17基础教学 1. 有人设计一台卡诺热机有人设计一台卡诺热机(可逆的可逆的)每循环一次可从每循环一次可从 400 K的高温热源吸热的高温热源吸热1800 J，向，向 300 K的低温热源的低温热源放热放热 800 J同时对外作功同时对外作功1000 J，这样的设计是，这样的设计是 (A) 可以的，符合热力学第一定律可以的，符合热力学第一定律 (B) 可以的，符合热力学第二定律可以的，符合热力学第二定律 (C) 不行的，卡诺
8、循环所作的功不能大于向低温热不行的，卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量源放出的热量 (D) 不行的，这个热机的效率超过理论值不行的，这个热机的效率超过理论值答案答案D18基础教学答案答案D 2. 如图表示的两个卡诺循环，第一个沿如图表示的两个卡诺循环，第一个沿ABCDA进行进行,第二个第二个 沿进行，这两个循环的效沿进行，这两个循环的效率的关系及这两个循环所作的净功率的关系及这两个循环所作的净功W1和和W2的关的关系是系是 (A) ,W1 = W2(B) ,W1 = W2 (C) ,W1 W2(D) ,W1 W219基础教学例例1. 1 mol理想气体在理想气体在T1 = 400 K
9、的高温热源与的高温热源与T2 = 300 K的低温热源间作卡诺循环（可逆的）的低温热源间作卡诺循环（可逆的）,在在400 K的等温线上起始体积为的等温线上起始体积为V1 = 0.001 m3，终止体积为，终止体积为V2 = 0.005 m3，试求此气体在每一循环中，试求此气体在每一循环中(1) 从高温热源吸收的热量从高温热源吸收的热量Q1(2) 气体所作的净功气体所作的净功W； (3) 气体传给低温热源的热量气体传给低温热源的热量Q2解解(1)Wabcd(2)(3)20基础教学 例例2. 一卡诺循环的热机，高温热源温度是一卡诺循环的热机，高温热源温度是 400K每一循环从此热源吸进每一循环从此热源吸进 100 J热量并向一低温热源放热量并向一低温热源放出出80 J热量求：热量求： (1) 低温热源温度；低温热源温度； (2) 这循环的热机效率这循环的热机效率 解：解：(1) 对卡诺循环有：对卡诺循环有： T1 / T2 = Q1 /Q2 T2 = T1Q2 /Q1 = 320 K 即：低温热源的温度为即：低温热源的温度为 320 K (2) 热机效率：热机效率： 21基础教学
