5.4循环过程 卡诺循环 课件- 高中物理竞赛.ppt

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1、 系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的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状态的过程叫热力学循环过程热力学循环过程 .热力学第一定律热力学第一定律（取绝对值）（取绝对值）净功净功特征特征一、一、循环过程循环过程A AB B总吸热总吸热总放热总放热 5-45-4 循环过程循环过程循环过程循环过程AB1.1.正循环正循环(热机循环热机循环)过程曲线沿过程曲线沿顺顺时针方向，系统对外作时针方向，系统对外作正正功。功。循环效率：循环效率：一次循环过程中系统对外做的功占它从一次循环过程中系统对外做的功占它从高温热源吸热的比率。高温热源吸热的比率。在一正循环中在一正循环中,系统从高

2、温热系统从高温热源吸热源吸热Q1，向低温热源放热，向低温热源放热Q2(Q20),系统对外作功系统对外作功热机的三个要素热机的三个要素: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 .1)1)工作物质工作物质2)2)两个或两个以上温度不同的热源两个或两个以上温度不同的热源3)3)对外作功的机械装置对外作功的机械装置 热机发展简介热机发展简介 1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先后发明了年纽可门先后发明了蒸蒸汽机汽机，当时蒸汽机的效率极低，当时蒸汽机的

3、效率极低.1765年瓦特进年瓦特进行了重大改进行了重大改进，大大提高了效率，大大提高了效率.人们一直在人们一直在为提高热机的效率而努力，为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机从理论上研究热机效率问题，效率问题，一方面指明了提高效率的方向，一方面指明了提高效率的方向，另另一方面也推动了热学理论的发展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蒸汽机AB2.2.逆循环（制冷循环）逆循环（制冷循环）过程曲线沿过程曲线沿逆逆时针方向，系统对外作时针方向，系统对外作负负功功.制冷系数制冷系数在一在一逆逆循环中循环中,外界对外界对系系统

4、作功统作功A，系统从系统从低低温热温热源吸热源吸热Q2，向，向高高温热源温热源放热放热Q1(Q10）1423 例例 1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其中氦气经过如图所示的循环过程，其中 ,求求循环循环过程中热机的效率过程中热机的效率 .解解 由理想气体状态方程得由理想气体状态方程得1423例例21mol氧气作如图氧气作如图循环循环，AB为等温过程为等温过程，BC为等压过程为等压过程，CA 为为等容过程。试计算循环等容过程。试计算循环效率效率.解：解：解：解：吸热吸热放热放热例例4 4 如图，如图，MT为等温线，为等温线，MQ为绝热线，则在为绝热线，则在AM,BM,CM三种准静态过程中，

5、温度升高的是三种准静态过程中，温度升高的是 过过程；气体吸热的是程；气体吸热的是 过程。过程。答：答：BM,CM CMPVACOBMTQ类似地，可判定类似地，可判定BM,AM是放热过程。是放热过程。理由：理由：(TB,TC)0 吸热吸热.但但Q=QCM+QQC,而而QC放热放热,故故CM吸热吸热 .在一循环中，若系统只和在一循环中，若系统只和高高温热源温热源(温度温度T1)与与低低温温热源热源(温度温度T2)交换热量，这样的循环称交换热量，这样的循环称卡诺循环卡诺循环.二、二、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AABCD 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个

6、工作年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在在两恒温两恒温热源之间的热源之间的理想理想循环循环卡诺卡诺循环，循环，给出给出了热机效率的理论极限值。了热机效率的理论极限值。ABCDA理想气体理想气体卡诺循环热机效率卡诺循环热机效率的计算的计算A B 等温膨胀等温膨胀吸热吸热C D 等温压缩等温压缩放热放热卡诺循环热机效率卡诺循环热机效率 D 与与A在同一绝热线在同一绝热线B 与与 C 在同一绝热线在同一绝热线ABCDA 卡诺热机效率卡诺热机效率A1234 卡诺热机效率与工作物质卡诺热机效率与工作物质无关无关，只与两个热，只与两个热源的温度源的温度有关有关，两热源的温差越大，则卡诺循环，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高的效率越高.例例1 1 图中两卡诺循环图中两卡诺循环 吗？吗？已知已知已知已知A高温热源高温热源低温热源低温热源卡诺致冷机卡诺致冷机 卡诺卡诺致冷机致冷机（卡诺（卡诺逆逆循环）循环）A制冷系数制冷系数