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1、课程主讲人：物理学第七版13-5 循环过程 卡诺循环2第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版 热机发展简介热机发展简介 1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先后发年纽可门先后发明了明了蒸汽机蒸汽机 ，当时蒸汽机的效率极低，当时蒸汽机的效率极低 . 1765年瓦特进行了重大改进年瓦特进行了重大改进 ，大大提高了，大大提高了效率效率 . 人们一直在为提高热机的效率而努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，力，从理论上研究热机效率问题， 一方面一方面指明了提高效率的方向，指明了提高效率的方向， 另一方面也
2、推动另一方面也推动了热学理论的发展了热学理论的发展 .3第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版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%48%8%37%254第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版热机热机 : 持续地将热量转化为功的机器持续地将热量转化为功的机器 .5第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版冰箱循环示意图冰箱循环示意图6第十三章第十三章
3、热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版pVoW系统经过一系列变化状态过程后，又回到原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来的状态的过程叫热力学循环过程 .由热力学第一定律由热力学第一定律WQ 0E特征特征一一 循环过程循环过程ABAVBVcd7第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版QQQW21净功净功总吸热总吸热1Q二二 热机和制冷机热机和制冷机热机（热机（正正循环）循环）0W制冷机（制冷机（逆逆循环）循环）0W净吸热净吸热Q总放热总放热（取绝对值）
4、取绝对值）2Q8第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版热机热机热机效率热机效率1212111QQQQQQW高温热源高温热源低温热源低温热源1Q2QWWpVoABAVBVcd9第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版W制冷机制冷系数制冷机制冷系数2122QQQWQe制冷制冷机机高温热源高温热源pVoABAVBVcd1Q2QW低温热源低温热源10第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版 例例 1 汽油机可近
5、似看成如图所示循环汽油机可近似看成如图所示循环过程过程( (奥托奥托循环循环) )，其中，其中AB和和CD为绝热过程，为绝热过程，求此循环效率求此循环效率.解解BCADBCVADVBCDATTTTTTCTTCQQ1)()(11m,m,吸吸放放CDBApV1V2oV11第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版又又BC和和DA是绝热过程：是绝热过程：,121 VVTTAB121 VVTTDCDCABTTTT所以所以112111VVTTTTTTBABCADV吸吸放放CDBApV1V2o12第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5
6、13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版三三 卡诺循环卡诺循环 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在个工作在两两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, 给出了热机效率的理论极限值给出了热机效率的理论极限值； 他他还提出了著名的卡诺定理还提出了著名的卡诺定理.13第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版 卡诺卡诺循环由两个准静态循环由两个准静态等温等温过程和两过程和两个准静态个准静态绝热绝热过程组成过程组成 .卡诺热机卡诺热机1Q2QWVop2TW1TABCD1
7、p2p4p3p1V4V2V3V低温热源低温热源T2高温热源高温热源T121TT 14第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版 理想气体卡诺循环热机效率的计算理想气体卡诺循环热机效率的计算 A B 等温膨胀等温膨胀 B C 绝热膨胀绝热膨胀 C D 等温压缩等温压缩 D A 绝热压缩绝热压缩卡诺循环卡诺循环Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ15第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版1211lnVVRTQQabA B 等温膨胀
8、等温膨胀吸吸热热4322lnVVRTQQcdC D 等温压缩放热等温压缩放热Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ16第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版 D A 绝热过程绝热过程214111TVTVB C 绝热过程绝热过程 132121VTVT4312VVVV所以所以Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ17第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版12431212lnln11VVVV
9、TTQQ121TT 卡诺热机效率卡诺热机效率 卡诺热机效率与工卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺源的温差越大，则卡诺循环的效率越高循环的效率越高 . 18第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版Vop2TW1TABCD21TT 高温热源高温热源T1卡诺制冷机卡诺制冷机1Q2QW 卡诺制冷机（卡诺逆循环）卡诺制冷机（卡诺逆循环）卡诺制冷机卡诺制冷机制冷制冷系数系数212212TTTQQQe2Q1Q低温热源低温热源T219第十三章第十三章 热力学基础热力
10、学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版 图中两卡诺循环图中两卡诺循环 吗吗 ？2121212T1T2W1W21WW poV讨讨 论论poV2T1T2W1W3T21WW 20第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版 例例2 一电冰箱放在室温为一电冰箱放在室温为 的房的房 间里间里 ，冰箱贮物柜中的温度维持在，冰箱贮物柜中的温度维持在 . 现每天有现每天有 的热量自房间传入冰箱的热量自房间传入冰箱 内内 , , 若要维持冰箱内温度不变若要维持冰箱内温度不变 , , 外界每天外界每天 需做多少功需做多少
11、功 , , 其功率为多少？设在其功率为多少？设在 至至 之间运转的冰箱的制冷系数是卡诺之间运转的冰箱的制冷系数是卡诺制冷机制冷系数的制冷机制冷系数的 55% .C5C2082.0 10 JC5C20解解2 .1010055%55212TTTee卡21第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环物理学第七版房间传入冰箱的热量房间传入冰箱的热量 热平衡时热平衡时82.0 10 JQ 2QQ 由由 得得212QQQe211QeeQ211QeeQ812.2 10 JeQe22第十三章第十三章 热力学基础热力学基础13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺
12、循环卡诺循环物理学第七版保持冰箱在保持冰箱在 至至 之间运转，每天之间运转，每天需做功需做功 C5C2071212 10 JWQQQQ 72 10 W232 W243600WPt功率功率23第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学第七版本章目录本章目录选择进入下一节：选择进入下一节：13-1 13-1 准静态过程准静态过程 功功 热量热量13-2 13-2 热力学第一定律热力学第一定律 内能内能13-3 13-3 理想气体的等容过程和等压过程理想气体的等容过程和等压过程 摩尔热容摩尔热容13-4 13-4 理想气体的等温过程和绝热过程理想气体的等温过程和绝热过程 多方过程多方过程13-0 13-0 教学基本要求教学基本要求24第十三章第十三章 热力学基础热力学基础物理学第七版本章目录本章目录选择进入下一节：选择进入下一节：13-6 13-6 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定理卡诺定理13-7 13-7 熵熵 熵增加原理熵增加原理* *13-8 13-8 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义13-5 13-5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环* *13-9 13-9 信息熵简介信息熵简介