13-5 循环过程 卡诺循环第十三章 热力学基础物理学第五版
1
热机发展简介
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,大大提高了效率,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方向,另一方面也推动了热学理论的发展,
13-5 循环过程 卡诺循环第十三章 热力学基础物理学第五版
2
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
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3
热机,持续地将热量转变为功的机器,
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4
冰箱循环示意图
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5
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
c
d
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6
QQQW 21
净功总吸热
1Q
二 热机效率和致冷机的致冷系数热机（ 正 循环） 0?W
致冷机（ 逆 循环） 0?W
净吸热 Q
总放热 （ 取绝对值）2Q
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热机热机效率
1
2
1
21
1
1 QQQ QQQW
高温热源低温热源
1Q
2Q
W
W
p
Vo
A
B
AV
BV
c
d
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8
W
致冷机致冷系数
21
22
QQ
Q
W
Q
e

致冷 机高温热源p
Vo
A
B
AV
BV
c
d
1Q
2Q
W
低温热源
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例 1 汽油机可近似看成如图循环过程
(Otto循环 )，其中 AB和 CD为绝热过程，求此循环效率,
解
BC
AD
BCV
ADV
BC
DA
TT
TT
TTC
TTC
Q
Q



1
)(
)(
1
1
m,
m,
吸放
C
DB
A
p
V1 V2o
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又 BC和 DA是绝热过程：
,
1
2
1


V
V
T
T
A
B
1
2
1



V
V
T
T
D
C
D
C
A
B
T
T
T
T?所以
1
1
2
1
11



V
V
T
T
TT
TT
B
A
BC
AD
V
吸放
C
DB
A
p
V1 V2o
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三 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,给出了热机效率的理论极限值 ； 他还提出了著名的卡诺定理,
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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
1Q
2Q
W
V
o
p
2T
W
1T
A
B
CD
1p
2p
4p
3p
1V 4V 2V 3V 低温热源 T2
高温热源 T121 TT?
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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
V
o
p
2T
W
1T
A
B
CD
1p
2p
4p
3p
1V 4V 2V 3V
21 TT?
abQ
cdQ
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14
1
2
11 ln V
VRTQQ
ab
A — B 等温膨胀 吸 热
4
3
22 ln V
VRTQQ
cd
C — D 等温压缩放热
V
o
p
2T
W
1T
A
B
CD
1p
2p
4p
3p
1V 4V 2V 3V
21 TT?
abQ
cdQ
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D — A 绝热过程
2
1
41
1
1 TVTV

B — C 绝热过程
1
32
1
21
VTVT
4
3
1
2
V
V
V
V?所以 Vo
p
2T
W
1T
A
B
CD
1p
2p
4p
3p
1V 4V 2V 3V
21 TT?
abQ
cdQ
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16
1
2
4
3
1
2
1
2
ln
ln
11
V
V
V
V
T
T
Q
Q

1
21
T
T
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,
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V
o
p
2T
W
1T
A
B
CD
21 TT?
高温热源 T1
卡诺致冷机
1Q
2Q
W
卡诺致冷机（卡诺逆循环）
卡诺致冷机 致冷 系数
21
2
21
2
TT
T
QQ
Qe
2Q
1Q
低温热源 T2
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图中两卡诺循环 吗？21
21 21
2T
1T 2W1W
21 WW?p
o V
讨 论
p
o V
2T
1T
2W
1W
3T
21 WW?
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例 2 一电冰箱放在室温为 的房间里,冰箱储藏柜中的温度维持在,
现每天有 的热量自房间传入冰箱内,若要维持冰箱内温度不变,外界每天需作多少功,其功率为多少？设在 至之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺致冷机致冷系数的 55%,
C5?
C20?
J100.2 7?
C5?
C20?
解
2.10
100
55%55
21
2

TT
Tee
卡
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20
房间传入冰箱的热量热平衡时
J 100.2 7Q
2QQ
由 得
21
2
QQ
Qe
21 1 QeeQ
21
1 Q
e
eQ
J 102.21 7 Qee
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21
保持冰箱在 至 之间运转，每天需作功
C5? C20?
J 102.0 7121 QQQQW
W23 W
360024
102.0 7?

t
WP
功率第十三章 热力学基础物理学第五版
22
13-4 理想气体的等温过程和绝热过程选择进入下一节：
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理
13-7 熵 熵增加原理
13-8 热力学第二定律的统计意义
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