卡诺循环演示

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1、2021/3/1112021/3/112一种热机工作时由两个定温可逆过程和两个绝热可逆过程组成一循环过程，这种循环过程称为卡诺循环，按卡诺循环工作的热机叫卡诺热机。2021/3/113 2021/3/114一种热机工作时由两个定温可逆过程和两个绝热可逆过程组成一循环过程，这种循环过程称为卡诺循环，按卡诺循环工作的热机叫卡诺热机。2021/3/1152021/3/116一种热机工作时由两个定温可逆过程和两个绝热可逆过程组成一循环过程，这种循环过程称为卡诺循环，按卡诺循环工作的热机叫卡诺热机。2021/3/117 假设有两个热源，其热容无限大。一个具有较高的温度T2，另一个具有较低的温度T1。含有

2、1mol理想气体的气箱，气箱上有一无重量无摩擦的活塞，将此气箱与高温热源相接触，气体温度为T2，压力和体积分别为p1和V1，此为系统始态。2021/3/118过程1 保持T2定温可逆膨胀。在T2时，让气箱中理想气体由p1、V1作定温可逆膨胀到p2、V2。在此过程中系统吸收了Q2的热，做了W1的功。如图中AB 2021/3/119 2021/3/1110过程1 保持T2定温可逆膨胀。在T2时，让气箱中理想气体由p1、V1作定温可逆膨胀到p2、V2。在此过程中系统吸收了Q2的热，做了W1的功。如图中AB 故Q2=W1=RT2lnV2/V12021/3/1111过程2 绝热可逆膨胀。在膨胀后的气体人

3、热源T2处移开，将气箱放进绝热袋，让气体作绝热可逆膨胀，此时气体的温度由T2降到T1，压力和体积由p2、V2变到p3、V3，此过程中系统不吸热。如图BC 2021/3/1112 2021/3/1113过程2 绝热可逆膨胀。在膨胀后的气体人热源T2处移开，将气箱放进绝热袋，让气体作绝热可逆膨胀，此时气体的温度由T2降到T1，压力和体积由p2、V2变到p3、V3，此过程中系统不吸热。如图BC故W2=U=CV（T1T2）2021/3/1114过程3 保持T1定温可逆压缩。将气箱从绝热袋中取出，与低温热源T1相接触，然后在T1时作定温可逆压缩，让气体的压力和体积由p3、V3变到p4、V4。此过程U=0

4、，如图CD 2021/3/1115 2021/3/1116过程3 保持T1定温可逆压缩。将气箱从绝热袋中取出，与低温热源T1相接触，然后在T1时作定温可逆压缩，让气体的压力和体积由p3、V3变到p4、V4。此过程U=0，如图CD故Q1=W3+RT1lnV4/V32021/3/1117过程4 绝热可逆压缩。将压缩了的气体从热源T1处移开，又放进绝热袋，让气体作绝热可逆压缩，使气体回到起始状态，如图DA 2021/3/1118 2021/3/1119过程4 绝热可逆压缩。将压缩了的气体从热源T1处移开，又放进绝热袋，让气体作绝热可逆压缩，使气体回到起始状态，如图DA 故W4=U=CV（T2T1）2

5、021/3/1120气箱中的理想气体回复了原状，没有任何变化；高温热源由于过程1损失了热Q2，低温热源T1由于过程3得到了热Q1；经过一次循环以后，系统所做的总功W是四个过程功的总和，如果气箱不断通过这种循环工作，热源T2的热就不断传出，一部分转变为功，余下的热就不断传向热源T1，在一次循环后，系统回复原状，U=0 故W=Q1+Q2 2021/3/1121从高温热源吸取的热Q2转化为功的比例，称为热机效率，用符号表示，即=W/Q2 2021/3/1122首先计算WW=W1+W2+W3+W4 =RT2lnV2/V1CV（T1T2）+RT1lnV4/V3CV（T2T1）=RT2lnV2/V1+RT

6、1lnV4/V3 根据绝热可逆膨胀得 CVlnT1/T2=RlnV3/V2 CVlnT2/T1=RlnV1/V4 整理得：V2/V1=V3/V4故 W=R（T2-T1）lnV2/V1 卡诺热机效率应为=W/Q2=（T2-T1）/T22021/3/1123卡诺热机的效率与两个热源的温度有关，高温热源的温度越高，低温热源的温度越低，则热机的效率越大。=W/Q2=（T2-T1）/T2=（Q2-Q1）/Q2整理得，11TQ+22TQ=0 卡诺热机在两个热源之间工作时，两个热源的热温商之和等于零。2021/3/1124一是在两个不同温度热源之间工作的热机中，卡诺热机的效率是否为最大；二是卡诺热机的效率是否与工作物质无关。2021/3/11251、在两个不同温度的热源之间工作的任意热机，以卡诺热机的效率为最大。否则将违反热力学第二定律。2、卡诺热机的效率只与两个热源的温度有关，而与工作物质无关。否则将违反热力学第二定律。2021/3/1126任何热机I的效率不可能比卡诺热机的效率高。2021/3/1127例 试比较下列两个热机的最大效率（1）以水蒸气为工作物质，工作于130及40两热源之间；（2）以汞蒸汽为工作物，工作于380及50两热源之间。答案2021/3/11281=（T2-T1）/T2=22.3%2=（T2-T1）/T2=50.5%课后作业：教材76页习题1