大學(xué)物理學(xué)電子教案循環(huán)過程與卡諾循環(huán)

大學(xué)物理學(xué)電子教案武警學(xué)院教學(xué)課件循環(huán)過程與卡諾循環(huán)6－5理想氣體的等溫過程和絕熱過程等溫過程絕熱過程絕熱線和等溫線6－6循環(huán)過程卡諾循環(huán)循環(huán)過程卡諾循環(huán)第一頁，共21頁。復(fù)習(xí)熱學(xué)的研究對象及其分類氣體物態(tài)參量平衡態(tài)與準(zhǔn)靜態(tài)過程理想氣體的物態(tài)方程功熱量內(nèi)能熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律在理想氣體的等體和等壓過程的應(yīng)用摩爾熱容第二頁，共21頁。6－5理想氣體的等溫過程和絕熱過程一、等溫過程特點(diǎn)：理想氣體的溫度保持不變，T=const過程曲線：在PV圖上是一條雙曲線，叫等溫線。過程方程：pV內(nèi)能、功和熱量的變化系統(tǒng)從外界吸收的熱量，全部用來對外作功。第三頁，共21頁。二、絕熱過程1、絕熱過程特點(diǎn)：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換的過程，Q=0。內(nèi)能和功的變化特征：在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界所作的功是由于系統(tǒng)內(nèi)能的減少來完成的。第四頁，共21頁。2、絕熱方程推導(dǎo)：對絕熱過程，由熱力學(xué)第一定律對于理想氣體考慮將上式與理想氣體的狀態(tài)方程結(jié)合即可得另外兩式。第五頁，共21頁。絕熱過程計(jì)算功的方法將絕熱方程代入得第六頁，共21頁。三、絕熱線和等溫線絕熱線等溫線斜率斜率因?yàn)?/p>

=CP,m/CV,m1，所以絕熱線比等溫線更陡第七頁，共21頁。四、多方過程實(shí)際上，氣體所進(jìn)行的過程，常常既不是等溫又不是絕熱的，而是介于兩者之間，可表示為

PVn=常量（n為多方指數(shù)）凡滿足上式的過程稱為多方過程。

n=1——

等溫過程

n=

——

絕熱過程

n=0——

等壓過程

n=——

等容過程一般情況1n，多方過程可近似代表氣體內(nèi)進(jìn)行的實(shí)際過程。說明：理想氣體的內(nèi)能增量為理想氣體的狀態(tài)方程對各種過程都成立。第八頁，共21頁。多方過程的功吸收熱量多方過程內(nèi)能的變化第九頁，共21頁。在熱機(jī)中被用來吸收熱量并對外作功的物質(zhì)叫工作物質(zhì)，簡稱工質(zhì)。工質(zhì)往往經(jīng)歷著循環(huán)過程，即經(jīng)歷一系列變化又回到初始狀態(tài)。2、特點(diǎn)：若循環(huán)的每一階段都是準(zhǔn)靜態(tài)過程，則此循環(huán)可用P-V圖上的一條閉合曲線表示。工質(zhì)在整個(gè)循環(huán)過程中對外作的凈功等于曲線所包圍的面積。系統(tǒng)經(jīng)過一個(gè)循環(huán)以后，系統(tǒng)的內(nèi)能沒有變化6－6循環(huán)過程卡諾循環(huán)一、循環(huán)過程1、定義：系統(tǒng)經(jīng)過一系列狀態(tài)變化以后，又回到原來狀態(tài)的過程叫作熱力學(xué)系統(tǒng)的循環(huán)過程，簡稱循環(huán)。第十頁，共21頁。沿順時(shí)針方向進(jìn)行的循環(huán)稱為正循環(huán)。沿逆時(shí)針方向進(jìn)行的循環(huán)稱為逆循環(huán)。二、熱機(jī)和制冷機(jī)1、循環(huán)過程的分類pVabcd正循環(huán)pVabcd逆循環(huán)2、熱機(jī)工作物質(zhì)作正循環(huán)的機(jī)器，稱為熱機(jī)，它是把熱量持續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為功的機(jī)器。第十一頁，共21頁。正循環(huán)的特征：一定質(zhì)量的工質(zhì)在一次循環(huán)過程中要從高溫?zé)嵩次鼰酫1，對外作凈功W，又向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌2。并且工質(zhì)回到初態(tài)，內(nèi)能不變。工質(zhì)經(jīng)一循環(huán)

W=Q1-Q2熱機(jī)效率或循環(huán)效率：表示熱機(jī)的效能高溫?zé)嵩?/p>

T1低溫?zé)嵩?/p>

T2Q1Q2WT1Q1T2Q2泵|W|氣缸第十二頁，共21頁。逆循環(huán)的特征：制冷機(jī)經(jīng)歷一個(gè)逆循環(huán)后，由于外界對它作功，可以把熱量由低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩?。在一個(gè)循環(huán)中，外界作功W，從低溫?zé)嵩次諢崃縌2，向高溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌1。并且工質(zhì)回到初態(tài)，內(nèi)能不變。制冷系數(shù)：表示制冷機(jī)的效能高溫?zé)嵩?/p>

T1低溫?zé)嵩?/p>

T2Q1Q2W3、制冷機(jī)工作物質(zhì)作逆循環(huán)的機(jī)器，稱為制冷機(jī)，它是把熱量從低溫?zé)嵩闯榈礁邷責(zé)嵩吹臋C(jī)器。第十三頁，共21頁。三、卡諾循環(huán)法國工程師、熱力學(xué)的創(chuàng)始人之一。他創(chuàng)造性地用“理想實(shí)驗(yàn)”的思維方法，提出了最簡單、但有重要理論意義的熱機(jī)循環(huán)——卡諾循環(huán)，創(chuàng)造了一部理想的熱機(jī)——卡諾熱機(jī)。1824年卡諾提出了對熱機(jī)設(shè)計(jì)具有普遍指導(dǎo)意義的卡諾定理，指出了提高熱機(jī)效率的有效途徑，揭示了熱力學(xué)的不可逆性，被后人認(rèn)為是熱力學(xué)第二定律的先驅(qū)。概念：卡諾循環(huán)過程由四個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過程組成，其中兩個(gè)是等溫過程和兩個(gè)是絕熱過程組成。卡諾循環(huán)是一種理想化的模型。分類正循環(huán)——卡諾熱機(jī)逆循環(huán)——卡諾制冷機(jī)1、卡諾循環(huán)第十四頁，共21頁。ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2A

B：等溫膨脹過程，體積由V1膨脹到V2，內(nèi)能沒有變化，系統(tǒng)從高溫?zé)嵩碩1吸收的熱量全部用來對外作功BC：絕熱膨脹，體積由V2變到V3，系統(tǒng)不吸收熱量，對外所作的功等于系統(tǒng)減少的內(nèi)能2、卡諾熱機(jī)：正循環(huán)卡諾熱機(jī)的四個(gè)過程第十五頁，共21頁。CD：等溫壓縮過程：體積由V3壓縮到V4，內(nèi)能變化為零，系統(tǒng)對外界所作的功等于向低溫?zé)嵩碩2放出的熱量DA：絕熱壓縮絕熱壓縮過程：體積由V4變到V1，系統(tǒng)不吸收熱量，外界對系統(tǒng)所作的功等于系統(tǒng)增加的內(nèi)能。在一次循環(huán)中，系統(tǒng)對外界所作的凈功為

|W|=Q1-Q2T1T2Q1Q2WABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2第十六頁，共21頁。理想氣體卡諾循環(huán)的效率只與兩熱源的溫度有關(guān)卡諾熱機(jī)效率應(yīng)用絕熱方程BC過程DA過程兩式比較第十七頁，共21頁。卡諾熱機(jī)的效率只由高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟葲Q定，高溫?zé)嵩礈囟仍礁?，低溫?zé)嵩礈囟仍降?，則循環(huán)效率越高；說明：高溫?zé)嵩吹臏囟炔豢赡軣o限制地提高，低溫?zé)嵩吹臏囟纫膊豢赡苓_(dá)到絕對零度，因而熱機(jī)的效率總是小于1的，即不可能把從高溫?zé)嵩此盏臒崃咳坑脕韺ν饨缱鞴?。第十八頁，?1頁。工質(zhì)把從低溫?zé)嵩次盏臒崃亢屯饨鐚λ鞯墓σ詿崃康男问絺鹘o高溫?zé)嵩矗浣Y(jié)果可使低溫?zé)嵩吹臏囟雀?，達(dá)到制冷的目的。吸熱越多，外界作功越少，表明制冷機(jī)效能越好。用制冷系數(shù)e表示之。T1T2Q1Q2W3、卡諾制冷機(jī)：逆循環(huán)制冷機(jī)的工作原理制冷系數(shù)ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2第十九頁，共21頁。小