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1、热 机 : 持 续 地 将 热 量 转 变 为 功 的 机 器 . 冰 箱 循 环 示 意 图 1698年 萨 维 利 和 1705年 纽 可 门 先 后 发 明了 蒸 气 机 ， 当 时 蒸 气 机 的 效 率 极 低 。 1765年瓦 特 进 行 了 重 大 改 进 (增 加 了 冷 凝 器 ， 发 明 了活 塞 阀 、 飞 轮 、 离 心 节 速 器 等 ) ， 大 大 提 高了 效 率 。 使 其 成 为 真 正 的 动 力 。 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 率 的
2、 方 向 ， 另 一 方 面 也 推 动 了 热 学 理 论 的 发 展 。 热 机 发 展 简 介 8-3 循 环 过 程 和 卡 诺 循 环 各 种 热 机 的 效 率液 体 燃 料 火 箭柴 油 机汽 油 机蒸 气 机 %48 %8 %37 %25 p Vo W 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 .由 热 力 学 第 一 定 律WQ 0E特 征一 . 循 环 过 程 A B AV BV cd为 全 过 程 净 吸 热QW 为 全 过 程 对 外 净 作 功 总 吸 热 1Q1.正 循 环
3、(热 机 )和 热 机 效 率热 机 （ 正 循 环 ） 0W致 冷 机 （ 逆 循 环 ） 0W净 吸 热 Q总 放 热 （ 取 绝 对 值 ）2QW Q净 功 净 吸 热 1 2Q =Q Q Q Q 吸 放净 吸 热 热 机热 机 效 率 = 121 211 1 QQQQQQW 高 温 热 源低 温 热 源1Q2Q WWp Vo A BAV BVcd 吸 收 的 热 量输 出 功 21 22 QQ QWQe 致 冷 机高 温 热 源Wp Vo A BAV BVcd 1Q2Q W低 温 热 源2.逆 循 环 (致 冷 机 )和 致 冷 系 数致 冷 机 致 冷 系 数 = 输 入 功低 温
4、吸 热 WQ 2 例 1 汽 油 机 可 近 似 看 成 如 图 循 环 过 程(O tto循 环 )， 其 中 AB和 CD为 绝 热 过 程 ， 求此 循 环 效 率 .解 BC AD BCv ADv BC DATT TT TTC TTC QQ 1 )( )(11 吸 放C DB Ap V1 V2o 又 AB和 CD是 绝 热 过 程 ：121 VVTTBA121 VVTTCD BABC AD TTTT TT 1211 11 VV TTTT TT BABC AD V吸 放C DB Ap V1 V2o BACD TTTT 例 1mol氧 气 作 如 图 所 示 的 循 环 .求 循 环 效
5、率 .解 : Qp Vp V0 00 等 温a bc0 2VQ Qcaab bc)(, bcmVbc TTCQ )(, abmpab TTCQ 002ln VVRTQ cca 21 21 1 1 , ,( ) ln( )V m b c cbc caab p m b aC T T RTQ QQQ Q C T T %7.182 2ln22)2( 2ln)2(1 , iTTC RTTTC ccmp cccmV 二 . 卡 诺 循 环 1824 年 法 国 的 年 青 工 程 师 卡 诺 提 出 一个 工 作 在 两 热 源 之 间 的 理 想 循 环 卡 诺循 环 . 给 出 了 热 机 效 率 的
6、 理 论 极 限 值 ； 他还 提 出 了 著 名 的 卡 诺 定 理 . 卡 诺 循 环 是 由 两 个 准 静 态 等 温 过 程 和两 个 准 静 态 绝 热 过 程 组 成 .卡 诺 热 机 1Q2Q WVop 2TW1TA B CD1p2p4p3p 1V 4V 2V 3V 低 温 热 源 T2高 温 热 源 T121 TT 理 想 气 体 卡 诺 循 环 热 机 效 率 的 计 算 A B 等 温 膨 胀 B C 绝 热 膨 胀 C D 等 温 压 缩 D A 绝 热 压 缩卡 诺 循 环Vop 2TW1TA B CD1p2p4p3p 1V 4V 2V 3V21 TT abQ cdQ
7、 1211 ln VVRTQQ ab A B 等 温 膨 胀 吸 热4322 lnVVRTQQ cd C D 等 温 压 缩 放 热Vop 2TW1TA B CD1p2p4p3p 1V 4V 2V 3V21 TT abQ cdQ D A 绝 热 过 程 214111 TVTV B C 绝 热 过 程 132121 VTVT 4312 VVVV 所 以 Vo p 2TW1TA B CD1p2p4p3p 1V 4V 2V 3V21 TT abQ cdQ 1211 ln VVRTQQ ab 4322 lnVVRTQQ cd 1212431212 111 TTVVVVTTQQ lnln 121 TT
8、卡 诺 热 机 效 率 卡 诺 热 机 效 率 与 工作 物 质 无 关 ， 只 与 两 个热 源 的 温 度 有 关 ， 两 热源 的 温 差 越 大 ， 则 卡 诺循 环 的 效 率 越 高 . Vop 2TW1TA B CD 21 TT 高 温 热 源 T1卡 诺 致 冷 机1Q2Q W 卡 诺 致 冷 机 （ 卡 诺 逆 循 环 ）卡 诺 致 冷 机 致 冷 系 数 21 221 2 TTTQQQe 2Q1Q 低 温 热 源 T2 图 中 两 卡 诺 循 环 吗 ？21 21 21 2T1T 2W1W 21 WW po V 讨 论 po V 2T1T 2W1W 3T 21 WW 只 与
9、 T1和 T2有 关与 物 质 种 类 、 膨 胀 的 体 积 无 关 21TTc提 高提 高 高 温 热 源 的 温 度 现 实 些理 论 指 导 作 用 1 )卡 诺 热 机 效 率 12121 11 TTQQQWC 1c进 一 步 说 明热 机 循 环 不 向 低 温 热 源 放 热 是 不 可 能 的热 机 循 环 至 少 需 要 两 个 热 源 理 论 说 明 低 温 热 源 温 度 T2 0 说 明 热 机 效 率且 只 能 1C T2)与 物 质 种 类 、 膨 胀 的 体 积 无 关2 )卡 诺 制 冷 机 21 221 22 TT TQQ QWQe 对 卡 诺 循 环 1212 TTQQ
《物理学教学课件》8-3循环过程和卡诺循环
