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第九章 热力学基础 循环过程 卡诺循环 利用气体的循环过程将热量转换为对外作功。 蒸汽机的物理学原理： 时至今日： 内燃机 蒸汽机 各种热机的效率： 蒸汽机 柴油机 液体燃料火箭 汽油机 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。 1765年瓦特进行了重大改进 ，大大提高了效率。 瓦特改良的蒸汽机原理图 詹姆斯·瓦特肖像 一、循环过程： 1、定义：系统经过一系列状态变化后又回到它原来状态的 过程，称为循环过程。 3、过程曲线（p – V 图） 准静态循环过程 — 闭合曲线。 Ⅱ Ⅰ 系统经历一个循环之后，内能不改变。 2、特点： 由热力学第一定律： 循环过程 卡诺循环 注意 4、循环类型： 正循环：过程曲线沿顺时针方向进行。 系统从外界吸热，对外做功。 逆循环：过程曲线沿逆时针方向进行。 外界对系统外做功 系统对外界放热， 利用高温热源吸收的热量对外作功。 循环效果： 循环效率： 循环曲线 特征: ① p -V 图中循环过程沿顺时针方向。 ② 工质经一循环从高温热源吸热 Q 1 ，向低温热源放热 Q 2 ， 对外输出净功 A = Q 1 – Q 2 。 1）正循环（热机循环） Q 吸、 Q 放 均取绝对值。 注意 循环效果： 利用外界作功从低温热源处吸收热量。 制冷系数： 热泵供热系数： 循环曲线 特征: ② 经一循环，外界对系统做功，工质从低温热源吸热 Q 2 ， 向高温热源放热 Q1 。A = Q1 - Q 2 。 ① p -V 图中循环过程沿逆时针方向。 2） 逆循环（制冷循环） 2、卡诺热机效率： 二、卡诺循环（ 1824 ） 1、定义：由两个准静态等温过程与两个准静态绝热过程组成。 A→B 等温膨胀 吸Q1 B→C 绝热膨胀降温 (T1 → T2) C→D 等温压缩 放Q2 D →A 绝热压缩升温 ( T2 →T1) 热机的效率只与热源的温度有关。 （低温和高温） 结论∶ ② η 1 ( 100% ) 。 结论∶①热机的效率只与热源的温度有关。(低温和高温) ②η1(100%).对热力学第二定律的建立起到积极的作用。 由绝热过程方程 ① 两式相除γ-1 开次方，得 代入①式 3、卡诺致冷系数： 例 家用冰箱冷冻室的温度为 - 18 0 C，外界温度为 27 0 C 。 即，消耗 1 J 电能，从冷冻室取出5. 67 J 热能。 逆循环为卡诺致冷机，外界对系统作功，从低温热源吸热。 （理想情况） 例题1 abcd 为1mol单原子理想气体的循环过程，求： 1）气体循环一次，在吸热过程中从外界共吸收的热量。 2）气体循环一次对外作的净功。 解 1） ab为等体升温过程： bc为等压升温过程： 2） 例题2 1mol 理想气体在T1 = 400K 的高温热源与T2 = 300K的低温热源间作卡诺循环（可逆的）。在400K 的等温线上起始体积为V1 = 0.001m3，终止体积V2 = 0.005m3，试求此气体在每一循环中 1）从高温热源吸收的热量Q1 。 2）气体所作的净功A 。3）气体传给低温热源的热量Q2 。 解：1）在高温热源等温膨胀时，吸热。 2）由热机效率： 3） 例题3 有一热机，工作物质为5.8g空气（作理想气体看待， ）， 它工作时的循环由 三个分过程组成，先由状态1（ ） 定体积加热到状态2（ ），然后绝热膨胀到状 态3（ ） ，最后经等压过程回到状态1 （1）画出p-V图 （2）求出 （3）求出一次循环气体对外做的功 （4）该热机的效率？ 解： (1) p-V图，如图 由状态方程 由状态方程 可得到 求状态量： 1、根据 求同一状态下的状态参量 2、根据过程方程。 求状态量： 1、根据 求同一状态下的状态参量 2、根据过程方程。 （3）先求各分过程中气体对外做的功 （3）求出一次循环气体对外做的功 一次循环对外作的净功 （4）三个分过程中只有定体积过程升温吸热 （4）该热机的效率？ * Ζη：依塔 Eta * Ζη