高中物理竞赛课件：循环过程与卡诺循环.pptx

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1、循环过程与卡诺循环循环过程与卡诺循环热机发展简介：热机发展简介：1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门年纽可门先后发明了先后发明了蒸汽机，当时蒸汽机的效率极低。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。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

2、蒸汽机%48%8%37%25),(111TVp),(222TVp121p2p1V2VpVoA绝绝 热热 膨膨 胀胀),(111TVp),(222TVp121p2p1V2VpVoA绝绝 热热 压压 缩缩1U2U1U2U A A)(pp Sdd() ddpp2d()dSpc1pVCVm/cp例：例：将压强将压强 p1=1.013105Pa，体积体积 V1=0.1L 的氢的氢气，绝热压缩到气，绝热压缩到 V2=0.02L，求气体做功。，求气体做功。解解1 1：211 11 1111211 11211d11()1VVpVpVWVVVVpVVV解解2 2：22111111 12()(1)22()122.

3、8J2iiTWUR TTRTTiVpVV 例：例：0.1mol单原子理想气体，由状态单原子理想气体，由状态A经经AB所示所示过程到状态过程到状态B。VA=1L, VB=3L, pA=3atm, pB=1atm。求求1)1)AB过程中吸收的热量；过程中吸收的热量；2)2)过程过程AB中温度最高中温度最高的状态的状态C的温度、体积和压强；的温度、体积和压强；3)3)分析分析AC、CB过过程的热交换情况。程的热交换情况。解：解：BATT 由状态方程由状态方程BAUU 405JABABQAABABAAVVppVVpp直线直线AB方程：方程：)104(230VVRpRpVT)1024(dd30VRpVT

4、0dd22VTK)(488)104(Pa)(10026. 2)104(L)(2)m(10223050333CCCCCCVVRpTpVpVAC过程，过程，WAC0，UAC0，所以，所以 QAC0，即从，即从A到到C系统吸热；系统吸热；CB过程，过程，WCB0，UCB0，因，因此此QCB的符号要通过计算过程中的功和热力学能的符号要通过计算过程中的功和热力学能的增量来判断。的增量来判断。0J)(152)(23)(2)(J)(152)(21CBCCBBCBCBCBBCCBQVpVpTTRiUVVppW 但这个过程曲线是一但这个过程曲线是一直线，不是绝热线，并不直线，不是绝热线，并不是每一个微小过程都有

5、是每一个微小过程都有 Q = 0，只是有些小过程吸，只是有些小过程吸热，而另一些微小过程放热，总体效果为零。热，而另一些微小过程放热，总体效果为零。例：例：氮气液化，把氮气放在一个绝热的汽缸中。开始氮气液化，把氮气放在一个绝热的汽缸中。开始时，氮气的压强为时，氮气的压强为 50个标准大气压、温度为个标准大气压、温度为 300K；经急速膨胀后，其压强降至经急速膨胀后，其压强降至 1个标准大气压，从而使个标准大气压，从而使氮气液化。试问此时氮的温度为多少氮气液化。试问此时氮的温度为多少 ?解：解：氮气可视为理想气体，其液化过程为绝热过程。氮气可视为理想气体，其液化过程为绝热过程。氮气为双原子气体由

6、表查得氮气为双原子气体由表查得40. 1K0 .98)(/ ) 1(1212ppTTPa10013. 15051pK3001TPa10013. 152pCnpVpVOn等体过程等体过程n绝绝热热过过程程1n等等温温过过程程0n等压过程等压过程 一摩尔理想气体从状态一摩尔理想气体从状态(p1,V1,T1)经方过程变化到状经方过程变化到状态态(p2,V2,T2)，根据尔热容的，根据尔热容的定义，气体从外界吸收热量定义，气体从外界吸收热量)(12TTCQn211 11 121111211()d11nnVnnnVpVpVR TTAVVnVVn )(12m,TTCUV1)()()(1212m,12nTT

7、RTTCTTCVn1m,nRCCVn) 1)(1()() 1()(m,nRnCnnCVnm,m,m,m,/;VpVpCCRCC?绝热自由膨胀过程绝热自由膨胀过程2121000QEEAEE2121,/2TTpp理想气体：理想气体：实际气体：实际气体：温度一般不会恢复到初态温度一般不会恢复到初态pVoA循环过程循环过程 系统经过一系列变化状态过程后又回到原来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。的状态的过程叫热力学循环过程。QQQA21ABAVBVcd0UAQ 热机热机热机效率热机效率1212111QQQQQQA高温热源高温热源低温热源低温热源1Q热机（热机（正正循环）循环）0A2QAWpVoABAVBVcdA致冷机致冷系数致冷机致冷系数2122QQQAQe致冷机（致冷机（逆逆循环）循环）0A致冷致冷机机高温热源高温热源低温热源低温热源pVoABAVBVcd1Q2QA