Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,P,V,0,a,在日常生活中,、,生产技术上,、,需要将热和功之间的转换持续地进行下去,，,这就需要利用循环过程例如,：,家中的空调机,、,汽车里的发动机系统,、,发电厂的发电系统,、,学校和企业中的锅炉系统等等,。,循环过程,W,Q,1,高温热源,Q,2,低温热源,工作系统,Circulate process,发电厂蒸汽动力循环示意图,8-5,循环过程,Q,1,Q,2,W,高温热源,低温热源,热机,550C,过,热,器,锅,炉,冷凝器,冷,却,水,气,轮,机,发电机,Q,2,高温高压蒸汽,盘向加热管,给水泵,Q,1,W,20C,内燃发动机汽缸的工作循环,进气阀门,排气阀门,火花塞,活塞,汽缸套,连杆,飞轮,曲柄,工作循环,（四冲程）,进,气,压,缩,作,功,排,气,火花塞点火,气体爆炸,雾化状的油,和空气混合,废气排向空间,活塞推进高温高压气体,活塞,热机,连杆,飞轮,加热,水,水蒸汽,冷凝器,给水泵,Q,1,Q,2,W,高温热源,低温热源,热机,世界上第一部有用的热机创制于17世纪，当时用于煤矿中抽水，交通蒸气小火车，纺织机。,蒸气机的示意图,2.循环过程 物质系统经受了一系列状态变化过程又回到原来状态，称这一周而复始的变化过程为循环过程。,一,.,循环过程的物理定义,：,工质：在热机中参与热功转换的媒介物质。最常见的：汽缸内的油、气混合气，锅炉中的水和高温高压气体。,热机,：,持续不断地将热转换为功的装置,。,最常见的,：,汽车的内燃发动机,循环过程在,p,V,图上,可以用一闭合曲线表示,1.两个重要名词工程术语,p,V,0,a,正循环顺时针进展,逆循环逆时针进展,循环的分类,p,V,0,a,p,V,0,a,把热量持续地转变为功的机器,。,如,：,蒸汽机,、,汽车内的内燃机,致,热机,利用外界作功使热量由低温处流入高温处从而获得低温的机器如,：,冰箱等,。,致,冷机,Q,1,Q,2,Q,1,Q,2,由内能的公式,1.系统经受一系列状态变化过程回到原来状态，则其温度不变所以：系统的内能不变。,二,.,循环过程的特点,p,V,0,a,Q,1,Q,2,E,m,M,2,i,R,mol,T,由气体作功的表达式,W,p,V,=,d,V,1,V,2,2.系统经受一系列状态变化过程回到原来的状态，气体作功不等于0。,由气体作功的表达式,W,p,V,=,d,V,1,V,2,系统经受一系列状态变化过程回到原来状态，气体作功不等于0。其量值可以用示功图表示。,p,V,0,a,Q,1,Q,2,b,c,d,p,V,0,a,Q,1,b,c,V,2,V,1,p,V,0,a,Q,2,d,c,V,1,V,2,a-b-c-,V,2,所包围的面积,V,1,c-d-a-,V,1,所包围的面积,V,2,系统经受一系列状态变化过程回到原来状态，气体作功不等于0。其量值可以用示功图表示。,p,V,0,a,Q,1,Q,2,p,V,0,a,Q,1,b,c,V,2,V,1,p,V,0,a,Q,1,b,c,V,2,V,1,0,Q,2,d,净功,W,=,循环过程曲线所包围的面积,W,=,Q,1,Q,2,p,V,0,a,Q,2,d,c,V,1,V,2,p,V,0,a,Q,1,b,c,V,2,V,1,0,Q,2,d,净功,W,=,循环过程曲线所包围的面积,W,=,Q,1,Q,2,物理意义,热机经过一个正循环后,。,由于工作物质的,温度不变,即,内能不变,。,从高温热源吸取的热量Q1,另一部分向低温热源放热,Q,2,一部分用于对外作功,W,从高温热源吸取的热量Q1，不能全部转变为功，转变为功的只是WQ1Q2,为了描述热机吸取热量后作功的本事，引入热机效率的概念。,Q,1,Q,2,W,高温热源,低温热源,热机,三.,热机效率,W,=,Q,1,=,Q,1,-,Q,2,Q,1,=,1,-,Q,1,Q,2,符号说明,：,W,：,热机系统对外作的净功,。,有时可以用示功图中求面积得到,Q,1,热机系统在整个循环过程中的,吸收,热量的,总和,Q,2,热机系统在整个循环过程中的,放出,热量的,总和,几种常见热机的循环效率,：,37,48,55,46,25,8,电气机车,燃气轮机,汽油机,蒸汽机车,燃料火箭,柴油机,致,冷机,逆循环逆时针进展,p,V,0,a,利用外界作功使热量由低温处流入高温处从而获得低温的机器如,：,冰箱等,Q,1,Q,2,W,高温热源,低温热源,制冷机,气体从低温热源吸取热量而膨胀，并在压缩过程中，把热量放出给高温热源，外界必需对制冷机不断作功。如冰箱。通过电能推动压缩机作功。,e,W,=,Q,2,=,Q,1,-,Q,2,Q,2,制冷机的制冷系数,留意：箭头的指向,四,.,卡诺循环,为了提高热机的效率，1924年法国工程师卡诺S.Carnot 提出的抱负化的循环过程。卡诺循环找到了在两个给定热源温度的条件下，热机效率的理论极限值。,卡诺循环的组成特点,两条等温线,AB,和,CD,两条绝热线,BC,和,DA,形成卡诺循环,Q,1,Q,2,W,T,1,高温热源,T,2,低温热源,卡诺热机,p,V,0,B,A,D,C,V,1,V,2,V,3,V,4,P,1,P,2,P,3,P,4,1,Q,2,Q,AB,过程系统吸热,CD,过程系统放热,BC,过程和,DA,过程系统绝热,卡诺循环,p,V,0,B,A,D,C,V,1,V,2,V,3,V,4,P,1,P,2,P,3,P,4,1,Q,2,Q,AB,过程系统吸热,CD,过程系统放热,BC,过程和,DA,过程系统绝热,Q,1,Q,2,W,T,1,高温热源,T,2,低温热源,卡诺热机,CD,过程,等温放热,RT,Q,V,4,2,=,m,M,mol,ln,2,V,3,AB,过程,等温吸热,RT,Q,V,2,1,=,m,M,mol,ln,1,V,1,=,1,-,Q,1,Q,2,由热机效率,：,=,1,-,RT,V,4,m,M,mol,ln,2,V,3,RT,V,2,m,M,mol,ln,1,V,1,BC,过程和,DA,过程系统绝热,卡诺循环,p,V,0,B,A,D,C,V,1,V,2,V,3,V,4,P,1,P,2,P,3,P,4,1,Q,2,Q,AB,过程系统吸热,CD,过程系统放热,BC,过程和,DA,过程系统绝热,Q,1,Q,2,W,T,1,高温热源,T,2,低温热源,卡诺热机,=,1,-,Q,1,Q,2,=,1,-,RT,V,4,m,M,mol,ln,2,V,3,RT,V,2,m,M,mol,ln,1,V,1,=,1,-,T,V,4,ln,2,V,3,T,V,2,ln,1,V,1,BC,和,DA,过程是绝热过程,：,V,1,=,T,1,1,V,1,T,2,2,由绝热方程,：,BC,过程,：,V,1,=,T,2,1,V,1,T,3,2,DA,过程,：,V,1,=,T,1,1,V,1,T,4,2,=,1,-,Q,1,Q,2,=,1,-,T,V,4,ln,2,V,3,T,V,2,ln,1,V,1,BC,过程,：,V,1,=,T,2,1,V,1,T,3,2,DA,过程,：,V,1,=,T,1,1,V,1,T,4,2,p,V,0,B,A,D,C,V,1,V,2,V,3,V,4,P,1,P,2,P,3,P,4,1,Q,2,Q,=,V,2,V,1,V,3,V,4,=,1,-,Q,1,Q,2,=,1,-,T,V,4,ln,2,V,3,T,V,2,ln,1,V,1,=,1,-,T,V,4,ln,2,V,3,T,V,3,ln,1,V,4,=,1,-,T,2,T,1,=,1,-,T,2,T,1,卡诺热机效率,p,V,0,B,A,D,C,V,1,V,2,V,3,V,4,P,1,P,2,P,3,P,4,1,Q,2,Q,Q,1,Q,2,W,T,1,高温热源,T,2,低温热源,卡诺热机,=,1,-,T,2,T,1,卡诺热机效率,结论：卡诺循环必需有高温存低温两个热源。卡诺热机的效率只和高、低温热源有关，与其热机内的工质无关。高温热源的温度越高，低温热源的温度越低，则卡诺循环的效率越高。,卡诺冷机效率,：,卡诺冷机效率,：,p,V,0,B,A,D,C,V,1,V,2,V,3,V,4,P,1,P,2,P,3,P,4,1,Q,2,Q,Q,1,Q,2,W,T,1,高温热源,T,2,低温热源,卡诺冷机,留意：箭头的指向,留意：箭头的指向,卡诺冷机循环,：,ADCBA,卡诺制冷机的制冷系数,e,=,Q,1,-,Q,2,Q,2,=,T,1,-,T,2,T,2,低温热源温度越低温差越大,，,致冷系数越小,。,五,.,卡诺定理,1.可逆过程和不行逆过程：,在自然界的现实中，不行逆过程普遍存在，例如：人的生命。高温物体能自动地将热量传给低温物体。而可逆过程是抱负化的，实现可逆过程必需要有条件。,定义,：,在系统状态变化过程中,，,如果逆过程能重复正过程的每一个状态,，,而且不引起其他的变化,。,可逆过程,不可逆过程,定义,：,在不引起其他变化的条件下,，,不能使逆过程重复正过程的每一状态,。,即虽然重复正过程的每一状态,，,但必然会引起其他变化,。,条件,1.,系统状态变化过程是无限缓慢进行的准静态过程,。,2.,系统状态变化过程中没有能量的耗散效应,缺一不行,2.,卡诺定理,：,1.在一样的高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的可逆机，都具有一样的效率。,=,1,-,Q,1,Q,2,=,1,-,T,2,T,1,2.工作在一样的高温热源和低温热源之间的一切不行逆机的效率都不行能大于可逆机的效率。,1,T,2,T,1,例题：1mol 氢气作如以以下图的循环过程,1.判别各过程热量的符号；,2.计算此循环之效率。,2,2,1,V,P,1,a,b,c,d,0,(,l,),(,atm,),解：由热力学第确定律,0,0,0,ab,Q,=,0,0,0,bc,Q,0,0,0,cd,Q,=,0,0,0,da,Q,E,Q,W,=,W,p,V,=,d,V,1,V,2,E,m,M,2,i,R,mol,T,a,b,b,c,c,d,d,a,W,E,Q,例题：1mol 氢气作如以以下图的循环过程,1.判别各过程热量的符号；,2.计算此循环之效率。,2,2,1,V,P,1,a,b,c,d,0,(,l,),(,atm,),ab,Q,bc,Q,cd,Q,da,Q,在整个循环过程中,:,a,b,d,a,吸热,等压升温膨胀),等体升温升压),Q,吸,Q,ab,Q,da,m,M,mol,T,a,(,T,b,-,),C,P,m,M,mol,T,d,(,T,a,-,),C,V,m,M,mol,T,a,(,T,b,-,),m,M,mol,T,d,(,T,a,-,),i,2,2,R,2,i,R,用克拉伯龙方程转换,（,m,M,mol,R,P,V,b,）,V,a,（,T,b,-,T,a,）,（,m,M,mol,R,V,P,a,）,P,d,（,T,a,-,T,d,）,用克拉伯龙方程转换后得,：,例题：1mol 氢气作如以以下图的循环过程,1.判别各过程热量的符号；,2.计算此循环之效率。,2,2,1,V,P,1,a,b,c,d,0,(,l,),(,atm,),ab,Q,bc,Q,cd,Q,da,Q,Q,吸,Q,ab,Q,da,m,M,mol,T,a,(,T,b,-,),m,M,mol,T,d,(,T,a,-,),i,2,2,R,2,i,R,）,（,P,V,b,V,a,2,7,（,V,P,a,）,P,d,2,5,2,7,2,（,2,1,),2,5,（,2,1,),1,9.5,氢气在循环过程中的所作的功,，,可以用示功图求面积的方法得到,：,例题：1mol 氢气作如以以下图的循环过程,1.判别各过程热量的符号；,2.计算此循环之效率。,2,2,1,V,P,1,a,b,c,d,0,(,l,),