2021-2022学年高二物理竞赛课件：卡诺循环及其逆过程(共88张PPT).pptx

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1、卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环及逆过程及逆过程及逆过程及逆过程第四节第四节550C过过热热器器锅锅炉炉给水泵给水泵冷凝器冷凝器冷冷却却水水气气轮轮机机发电机发电机发电厂蒸汽动力循环示意图发电厂蒸汽动力循环示意图20C0高温高压蒸汽高温高压蒸汽0550C0过过热热器器锅锅炉炉给水泵给水泵冷凝器冷凝器冷冷却却水水气气轮轮机机发电机发电机QQ12A发电厂蒸汽动力循环示意图发电厂蒸汽动力循环示意图20C0高温高压蒸汽高温高压蒸汽550C0过过热热器器锅锅炉炉给水泵给水泵冷凝器冷凝器冷冷却却水水气气轮轮机机发电机发电机QQ12A发电厂蒸汽动力循环示意图发电厂蒸汽动力循环示意图AQQ12高温热源高温热源

2、低温热源低温热源热机工作示意图热机工作示意图20C0高温高压蒸汽高温高压蒸汽PV0a 一、循环过程一、循环过程循环过程循环过程物质系统经物质系统经历一系列状态变化过程又历一系列状态变化过程又回到初始状态，称这一周回到初始状态，称这一周而复始的变化过程为循环而复始的变化过程为循环过程。过程。PV0a 一、循环过程一、循环过程循环过程循环过程物质系统经物质系统经历一系列状态变化过程又历一系列状态变化过程又回到初始状态，称这一周回到初始状态，称这一周而复始的变化过程为循环而复始的变化过程为循环过程。过程。热机热机持续不断地将热转换为功的装置。持续不断地将热转换为功的装置。PV0a 一、循环过程一、循

3、环过程循环过程循环过程物质系统经物质系统经历一系列状态变化过程又历一系列状态变化过程又回到初始状态，称这一周回到初始状态，称这一周而复始的变化过程为循环而复始的变化过程为循环过程。过程。热机热机持续不断地将热转换为功的装置。持续不断地将热转换为功的装置。工质工质在热机中参与热功转换的媒介物质。在热机中参与热功转换的媒介物质。PV0a 一、循环过程一、循环过程循环过程循环过程物质系统经物质系统经历一系列状态变化过程又历一系列状态变化过程又回到初始状态，称这一周回到初始状态，称这一周而复始的变化过程为循环而复始的变化过程为循环过程。过程。热机热机持续不断地将热转换为功的装置。持续不断地将热转换为功

4、的装置。工质工质在热机中参与热功转换的媒介物质。在热机中参与热功转换的媒介物质。循环过程的特点循环过程的特点经一个循环后系统的内经一个循环后系统的内能不变。即能不变。即E=0 PV0a 一、循环过程一、循环过程循环过程循环过程物质系统经物质系统经历一系列状态变化过程又历一系列状态变化过程又回到初始状态，称这一周回到初始状态，称这一周而复始的变化过程为循环而复始的变化过程为循环过程。过程。热机热机持续不断地将热转换为功的装置。持续不断地将热转换为功的装置。工质工质在热机中参与热功转换的媒介物质。在热机中参与热功转换的媒介物质。循环过程的特点循环过程的特点经一个循环后系统的内经一个循环后系统的内能

5、不变。即能不变。即E=0 净功净功 A=循环过程曲线所包围的面积循环过程曲线所包围的面积 PV0Aa2QQ1 一、循环过程一、循环过程循环过程循环过程物质系统经物质系统经历一系列状态变化过程又历一系列状态变化过程又回到初始状态，称这一周回到初始状态，称这一周而复始的变化过程为循环而复始的变化过程为循环过程。过程。热机热机持续不断地将热转换为功的装置。持续不断地将热转换为功的装置。工质工质在热机中参与热功转换的媒介物质。在热机中参与热功转换的媒介物质。循环过程的特点循环过程的特点经一个循环后系统的内经一个循环后系统的内能不变。即能不变。即E=0 净功净功 A=循环过程曲线所包围的面积循环过程曲线

6、所包围的面积 PV0Aa=QQ1221QQ 一、循环过程一、循环过程定义热机的效率定义热机的效率Q11AQQQ=2211QQ1=PVA=S绿色循环过程顺时针方向循环过程顺时针方向系统对外作正功系统对外作正功 A0系统吸热系统吸热 Q=A0PVA=S绿色PPVVA=S绿色A=S红色循环过程顺时针方向循环过程顺时针方向系统对外作正功系统对外作正功 A0系统吸热系统吸热 Q=A0循环过程顺时针方向循环过程顺时针方向 循环过程逆时针方向循环过程逆时针方向系统对外作正功系统对外作正功 A0 外界对系统作功外界对系统作功 A0 系统放热系统放热 Q=A00,EP2211abcd0(l)(atm)例例11m

7、ol 氢气作如图所示的循环过程氢气作如图所示的循环过程 1.判别各过程热量的符号；判别各过程热量的符号；2.计算此循环之效率。计算此循环之效率。VaAabaabb解：解：b A00,EEEQab=+0P2211abcdQ0(l)(atm)例例11mol 氢气作如图所示的循环过程氢气作如图所示的循环过程 1.判别各过程热量的符号；判别各过程热量的符号；2.计算此循环之效率。计算此循环之效率。VabcAaabbb解：解：bAA00,EEEQab=+0,0cEE 0P2211abc0(l)(atm)d 例例11mol 氢气作如图所示的循环过程氢气作如图所示的循环过程 1.判别各过程热量的符号；判别各

8、过程热量的符号；2.计算此循环之效率。计算此循环之效率。VabcA00,EEEQQab=+0,0ccEEEE 00P2211abcdQ0(l)(atm)例例11mol 氢气作如图所示的循环过程氢气作如图所示的循环过程 1.判别各过程热量的符号；判别各过程热量的符号；2.计算此循环之效率。计算此循环之效率。VabcAQ0dadaabaabbcbcbbbcd解：解：bAA00,EEEQQQab=+0,0cdccEEEE 00同样可得：同样可得：0,P2211abcdQQQQ0(l)(atm)例例11mol 氢气作如图所示的循环过程氢气作如图所示的循环过程 1.判别各过程热量的符号；判别各过程热量的

9、符号；2.计算此循环之效率。计算此循环之效率。VdaabbccdPV2211abcdQQQQ0A=PPVV()aabd(l)(atm)daabbccdPV2211abcdQQQQ0A=PPVVQQQ()+aadababd1(l)(atm)daabbccdPV2211abcdQQQQ0A=PPVVQQQ()+aadababd1TTPCMMmol()ab(l)(atm)daabbccdPV2211abcdQQQQ0A=TTPPVVVCMMQQQmol()+aadababdd1aTTPCMMmol()ab(l)(atm)daabbccdPV2211abcdQQQQ0A=TTPPVVVCMMQQQQm

10、ol()+aadababdd11aATTPCMMmol()ab(l)(atm)daabbccdPV2211abcdQQQQ0A=TTTTPPPVVVCCMMMMQQQQmolmol()+aadaababbdd11aA=PPVV()aabdTTPCMMmol()abTTVCMMmol()da(l)(atm)(daabbccdPV2211abcdQQQQ0A=TTTT4PPP2P2PPPPVVVVVVVVCCMMMMQQQQmolmol()+aadaaababbddRR11aaaA=PPVV()aabdTTPCMMmol()abTTVCMMmol()dadddPCaa+VCdd)(l)(atm)(

11、daabbccdPV2211abcdQQQQ0A=TTTT4PPP2P2PPPPVVVVVVVVCCMMMMQQQQmolmol()+aadaaababbddRR11aaaA=PPVV()aabdTTPCMMmol()abTTVCMMmol()dadddPCaa+VCdd)24+3i=219=10.5%(l)(atm)例2 1mol 氧气作如图所示的循环。氧气作如图所示的循环。求：循环效率求：循环效率PVPV000等等温温abc02V 例2 1mol 氧气作如图所示的循环。氧气作如图所示的循环。求：循环效率求：循环效率PVPV2V000等等温温acabcQ解：解：abQbcQ0 例2 1mol

12、 氧气作如图所示的循环。氧气作如图所示的循环。求：循环效率求：循环效率PVPV000等等温温acabcQaabbQ=TMMmolCP(T)解：解：abQbcQ02V 例2 1mol 氧气作如图所示的循环。氧气作如图所示的循环。求：循环效率求：循环效率PVPV000等等温温acabcQaabbQ=TMMmolCP(T)bbccQ=TMMmolC(T)解：解：abQbcQ0V2VPVPV000等等温温acabccQ=TMMmolaabbQ=TMMmolCP(T)bbccQ=TMMmolC(T)RlnV02V0解：解：abQbcQcaQ0V2V 例2 1mol 氧气作如图所示的循环。氧气作如图所示的

13、循环。求：循环效率求：循环效率PVPV000等等温温acabccQ=TMMmolaabbQ=TMMmolCP(T)bbccQ=TMMmolC(T)RlnV02V0解：解：Q2Q11abQbcQcaQ0V2V 例2 1mol 氧气作如图所示的循环。氧气作如图所示的循环。求：循环效率求：循环效率PVPV000等等温温acabccQ=TMMmolaabbQ=TMMmolCP(T)bbccQ=TMMmolC(T)RlnV02V0解：解：cTMMmolRln2+bcQ=TMMmolC(T)2Q111abTMMmolCP(T)abQbcQcaQ0VV2V 例2 1mol 氧气作如图所示的循环。氧气作如图所

14、示的循环。求：循环效率求：循环效率PVPV000等等温温acabccQ=TMMmolaabbQ=TMMmolCP(T)bbccQ=TMMmolC(T)RlnV02V0解：解：cTMMmolRln2+bcQ=TMMmolC(T)2Q111abTMMmolCP(T)abQbcQcaQ0VV(2TC=1CT(2T)cc+cTRln2PT)ccV2V 例2 1mol 氧气作如图所示的循环。氧气作如图所示的循环。求：循环效率求：循环效率2(2TCPVPV000等等温温acabccQ=TMMmolaabbQ=TMMmolCP(T)bbccQ=TMMmolC(T)RlnV02V0解：解：cTMMmolRln

15、2+bcQ=TMMmolC(T)2Q11=1CT(2T)cc+cTRln2PT)cc=ln2=18.7%1abTMMmolCP(T)abQbcQcaQ0VVVi+222V 例2 1mol 氧气作如图所示的循环。氧气作如图所示的循环。求：循环效率求：循环效率致冷循环致冷循环逆循环逆循环致冷循环致冷循环逆循环逆循环PV012A高温热源高温热源低温热源低温热源QQ致冷循环致冷循环逆循环逆循环PV012A高温热源高温热源低温热源低温热源致冷系数：致冷系数：QQ致冷循环致冷循环逆循环逆循环PV0122AA高温热源高温热源低温热源低温热源致冷系数：致冷系数：Qw=QQ致冷循环致冷循环逆循环逆循环PV011

16、222AA高温热源高温热源低温热源低温热源致冷系数：致冷系数：Qw=QQQ QQ2致冷循环致冷循环逆循环逆循环PV011222AA高温热源高温热源低温热源低温热源致冷系数：致冷系数：TTQw=QQQ QQ222对于卡诺循环对于卡诺循环QQ11致冷循环致冷循环逆循环逆循环PV011222AA高温热源高温热源低温热源低温热源致冷系数：致冷系数：Qw=QQQ QQ2对于卡诺循环对于卡诺循环卡诺机之卡诺机之致冷系数为：致冷系数为：致冷循环致冷循环逆循环逆循环TT=22QQ11PV011222AA高温热源高温热源低温热源低温热源致冷系数：致冷系数：wTTQw=QQQ QQ2对于卡诺循环对于卡诺循环12卡

17、诺机之卡诺机之致冷系数为：致冷系数为：T2致冷循环致冷循环逆循环逆循环TT=22QQ11PV011222AA高温热源高温热源低温热源低温热源致冷系数：致冷系数：wTTQw=QQQ QQ2对于卡诺循环对于卡诺循环12卡诺机之卡诺机之致冷系数为：致冷系数为：Tw 的数值区间的数值区间()0,82致冷循环致冷循环逆循环逆循环TT=22QQ11PV011222AA高温热源高温热源低温热源低温热源致冷系数：致冷系数：wTTQw=QQQ QQ2对于卡诺循环对于卡诺循环12卡诺机之卡诺机之致冷系数为：致冷系数为：Tw 的数值区间的数值区间()0,82致冷循环致冷循环逆循环逆循环TT=22QQ11=11PV0

18、11222AA高温热源高温热源低温热源低温热源致冷系数：致冷系数：wTTQw=QQQ QQ2对于卡诺循环对于卡诺循环12卡诺机之卡诺机之致冷系数为：致冷系数为：Tw 的数值区间的数值区间()0,8低温热源温度越低温差越大，致冷系数越小。低温热源温度越低温差越大，致冷系数越小。2致冷循环致冷循环逆循环逆循环TT=22QQ11=11PV0例例：可逆热机的效率为：可逆热机的效率为 ，若将此热机按原，若将此热机按原循环逆向运行而作为致冷机，求：循环逆向运行而作为致冷机，求：(1)该致冷该致冷机的致冷系数；机的致冷系数；(2)在致冷循环中，当输入在致冷循环中，当输入功为功为 450 kJ 时，该致冷机从

19、低温热源的吸热时，该致冷机从低温热源的吸热 Q2和向高温热源的放热和向高温热源的放热 Q1。例例：可逆热机的效率为：可逆热机的效率为 ，若将此热机按原，若将此热机按原循环逆向运行而作为致冷机，求：循环逆向运行而作为致冷机，求：(1)该致冷该致冷机的致冷系数；机的致冷系数；(2)在致冷循环中，当输入在致冷循环中，当输入功为功为 450 kJ 时，该致冷机从低温热源的吸热时，该致冷机从低温热源的吸热 Q2和向高温热源的放热和向高温热源的放热 Q1。解：解：(1)=1/-1例例：可逆热机的效率为：可逆热机的效率为 ，若将此热机按原，若将此热机按原循环逆向运行而作为致冷机，求：循环逆向运行而作为致冷机

20、，求：(1)该致冷该致冷机的致冷系数；机的致冷系数；(2)在致冷循环中，当输入在致冷循环中，当输入功为功为 450 kJ 时，该致冷机从低温热源的吸热时，该致冷机从低温热源的吸热 Q2和向高温热源的放热和向高温热源的放热 Q1。解：解：(1)=1/-1=1/0.25 -1=3 例例：可逆热机的效率为：可逆热机的效率为 ，若将此热机按原，若将此热机按原循环逆向运行而作为致冷机，求：循环逆向运行而作为致冷机，求：(1)该致冷该致冷机的致冷系数；机的致冷系数；(2)在致冷循环中，当输入在致冷循环中，当输入功为功为 450 kJ 时，该致冷机从低温热源的吸热时，该致冷机从低温热源的吸热 Q2和向高温热

21、源的放热和向高温热源的放热 Q1。解：解：(1)=1/-1=1/0.25 -1=3 (2)因因 =Q2/A，例例：可逆热机的效率为：可逆热机的效率为 ，若将此热机按原，若将此热机按原循环逆向运行而作为致冷机，求：循环逆向运行而作为致冷机，求：(1)该致冷该致冷机的致冷系数；机的致冷系数；(2)在致冷循环中，当输入在致冷循环中，当输入功为功为 450 kJ 时，该致冷机从低温热源的吸热时，该致冷机从低温热源的吸热 Q2和向高温热源的放热和向高温热源的放热 Q1。解：解：(1)=1/-1=1/0.25 -1=3 (2)因因 =Q2/A，故，故 Q2=A例例：可逆热机的效率为：可逆热机的效率为 ，若

22、将此热机按原，若将此热机按原循环逆向运行而作为致冷机，求：循环逆向运行而作为致冷机，求：(1)该致冷该致冷机的致冷系数；机的致冷系数；(2)在致冷循环中，当输入在致冷循环中，当输入功为功为 450 kJ 时，该致冷机从低温热源的吸热时，该致冷机从低温热源的吸热 Q2和向高温热源的放热和向高温热源的放热 Q1。解：解：(1)=1/-1=1/0.25 -1=3 (2)因因 =Q2/A，故，故 Q2=A=3 450 kJ=1350 kJ 例例：可逆热机的效率为：可逆热机的效率为 ，若将此热机按原，若将此热机按原循环逆向运行而作为致冷机，求：循环逆向运行而作为致冷机，求：(1)该致冷该致冷机的致冷系数

23、；机的致冷系数；(2)在致冷循环中，当输入在致冷循环中，当输入功为功为 450 kJ 时，该致冷机从低温热源的吸热时，该致冷机从低温热源的吸热 Q2和向高温热源的放热和向高温热源的放热 Q1。解：解：(1)=1/-1=1/0.25 -1=3 (2)因因 =Q2/A，故，故 Q2=A=3 450 kJ=1350 kJ Q1=Q2 +A例例：可逆热机的效率为：可逆热机的效率为 ，若将此热机按原，若将此热机按原循环逆向运行而作为致冷机，求：循环逆向运行而作为致冷机，求：(1)该致冷该致冷机的致冷系数；机的致冷系数；(2)在致冷循环中，当输入在致冷循环中，当输入功为功为 450 kJ 时，该致冷机从低

24、温热源的吸热时，该致冷机从低温热源的吸热 Q2和向高温热源的放热和向高温热源的放热 Q1。解：解：(1)=1/-1=1/0.25 -1=3 (2)因因 =Q2/A，故，故 Q2=A=3 450 kJ=1350 kJ Q1=Q2 +A=1350+450 例例：可逆热机的效率为：可逆热机的效率为 ，若将此热机按原，若将此热机按原循环逆向运行而作为致冷机，求：循环逆向运行而作为致冷机，求：(1)该致冷该致冷机的致冷系数；机的致冷系数；(2)在致冷循环中，当输入在致冷循环中，当输入功为功为 450 kJ 时，该致冷机从低温热源的吸热时，该致冷机从低温热源的吸热 Q2和向高温热源的放热和向高温热源的放热

25、 Q1。解：解：(1)=1/-1=1/0.25 -1=3 (2)因因 =Q2/A，故，故 Q2=A=3 450 kJ=1350 kJ Q1=Q2 +A=1350+450 =1800 kJ家家家家用用用用电电电电冰冰冰冰箱箱箱箱循循循循环环环环散热器散热器冷冻室冷冻室蒸发器蒸发器节节流流阀阀储储液液器器压压缩缩机机200C10atm3atm700C100C2QQ112A高温热源高温热源低温热源低温热源QQ(冷冻室冷冻室)(周围环境周围环境)氟氟利利昂昂 三、卡诺定理三、卡诺定理 1.工作于高温热源工作于高温热源12T之间的一切可逆机的效率都相等，之间的一切可逆机的效率都相等，及低温热源及低温热源

26、T 三、卡诺定理三、卡诺定理TT12可逆可逆=卡诺卡诺1 1.工作于高温热源工作于高温热源12T之间的一切可逆机的效率都相等，都为：之间的一切可逆机的效率都相等，都为：及低温热源及低温热源T 三、卡诺定理三、卡诺定理TT12不可逆不可逆可逆可逆=卡诺卡诺1T21可逆可逆=1T 1.工作于高温热源工作于高温热源12T之间的一切可逆机的效率都相等，都为：之间的一切可逆机的效率都相等，都为：及低温热源及低温热源T 三、卡诺定理三、卡诺定理 2.对于一切不可逆机（实际热机）有：对于一切不可逆机（实际热机）有：TT12不可逆不可逆可逆可逆=卡诺卡诺1T21可逆可逆=1T 1.工作于高温热源工作于高温热源

27、12T之间的一切可逆机的效率都相等，都为：之间的一切可逆机的效率都相等，都为：及低温热源及低温热源T 三、卡诺定理三、卡诺定理 2.对于一切不可逆机（实际热机）有：对于一切不可逆机（实际热机）有：卡诺定理的意义：它指出了卡诺定理的意义：它指出了提高热机效率提高热机效率的方向：的方向：TT12不可逆不可逆可逆可逆=卡诺卡诺1T21可逆可逆=1T 1.工作于高温热源工作于高温热源12T之间的一切可逆机的效率都相等，都为：之间的一切可逆机的效率都相等，都为：及低温热源及低温热源T 三、卡诺定理三、卡诺定理 2.对于一切不可逆机（实际热机）有：对于一切不可逆机（实际热机）有：卡诺定理的意义：它指出了卡

28、诺定理的意义：它指出了提高热机效率提高热机效率的方向：的方向：1.使不可逆机尽量接近可逆机使不可逆机尽量接近可逆机；TT12不可逆不可逆可逆可逆=卡诺卡诺1T21可逆可逆=1T 1.工作于高温热源工作于高温热源12T之间的一切可逆机的效率都相等，都为：之间的一切可逆机的效率都相等，都为：及低温热源及低温热源T 三、卡诺定理三、卡诺定理 2.对于一切不可逆机（实际热机）有：对于一切不可逆机（实际热机）有：卡诺定理的意义：它指出了卡诺定理的意义：它指出了提高热机效率提高热机效率的方向：的方向：1.使不可逆机尽量接近可逆机使不可逆机尽量接近可逆机；2.提高高温热源的温度提高高温热源的温度。TT12不

29、可逆不可逆可逆可逆=卡诺卡诺1T21可逆可逆=1T 1.工作于高温热源工作于高温热源12T之间的一切可逆机的效率都相等，都为：之间的一切可逆机的效率都相等，都为：及低温热源及低温热源T 三、卡诺定理三、卡诺定理 2.对于一切不可逆机（实际热机）有：对于一切不可逆机（实际热机）有：卡诺定理的意义：它指出了卡诺定理的意义：它指出了提高热机效率提高热机效率的方向：的方向：1.使不可逆机尽量接近可逆机使不可逆机尽量接近可逆机；2.提高高温热源的温度提高高温热源的温度。（用降低低温（用降低低温热源的温度的方法来提高效率是不经济的）热源的温度的方法来提高效率是不经济的）例：发电厂例：发电厂T=TTT1122=800K,300K理想理想实际实际11300800=62%40%