優(yōu)選循環(huán)過程卡諾循環(huán)現(xiàn)在是1頁\一共有50頁\編輯于星期六一、循環(huán)過程1.循環(huán)過程循環(huán)過程—系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過任意一系列的狀態(tài)，最后又回到原來狀態(tài)的過程。ΔE=0。2.準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過程只有準(zhǔn)靜態(tài)過程在P-V圖上有對應(yīng)的過程曲線。準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過程對應(yīng)于P-V圖上一封閉的曲線。3.正循環(huán)與逆循環(huán)正循環(huán)—在P-V圖上按順時針方向進(jìn)行的循環(huán)。逆循環(huán)—在P-V圖上按逆時針方向進(jìn)行的循環(huán)?，F(xiàn)在是2頁\一共有50頁\編輯于星期六對如圖示的正循環(huán)，由1→2的膨脹過程中系統(tǒng)對外作正功4.正循環(huán)過程的功能轉(zhuǎn)換由2→1的壓縮過程中系統(tǒng)對外作負(fù)功正循環(huán)過程中，系統(tǒng)對外作的總功（凈功）為：正循環(huán)可見，正循環(huán)過程中系統(tǒng)對外作正功?，F(xiàn)在是3頁\一共有50頁\編輯于星期六由1→2的膨脹過程中系統(tǒng)從高溫?zé)嵩矗ㄍ饨纾┪鼰酫1。由2→1的壓縮過程中系統(tǒng)向低溫?zé)嵩矗ㄍ饨纾┓艧酫2。正循環(huán)過程中，系統(tǒng)從外界吸收的總熱量（凈熱）為：Q1-Q2。正循環(huán)符號規(guī)定：在此我們規(guī)定W、Q均取絕對值。-W表示系統(tǒng)對外作負(fù)功，-Q表示系統(tǒng)向外界放熱?，F(xiàn)在是4頁\一共有50頁\編輯于星期六由熱力學(xué)第一定律，正循環(huán)由此可見，在正循環(huán)過程中，系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次盏臒崃坎糠钟糜趯ν庾鞴?，部分在低溫?zé)嵩刺幏懦?。熱機(jī)——工作物質(zhì)作正循環(huán)的機(jī)器。致冷機(jī)——工作物質(zhì)作逆循環(huán)的機(jī)器?，F(xiàn)在是5頁\一共有50頁\編輯于星期六逆循環(huán)5.逆循環(huán)過程的功能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)對外作的凈功

W=-W1+W2<0

即外界對系統(tǒng)作功。系統(tǒng)從外界吸收的凈熱

Q=-Q1+Q2<0

即系統(tǒng)向外（高溫?zé)嵩矗┓艧帷Ｓ蔁崃W(xué)第一定律，

Q=W<0，Q1=Q2+W由此可見，在逆循環(huán)過程中，外界對系統(tǒng)作功，把熱量由低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩?。那么，外界對系統(tǒng)作的功可使多少熱量由低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩茨?？這就是致冷機(jī)的效率問題?，F(xiàn)在是6頁\一共有50頁\編輯于星期六二、熱機(jī)效率1.熱機(jī)把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置稱為熱機(jī)，如蒸汽機(jī)、汽車發(fā)動機(jī)等。2.熱機(jī)工作特點需要一定工作物質(zhì)。至少需要兩個熱源。工作物質(zhì)作正循環(huán)。正循環(huán)現(xiàn)在是7頁\一共有50頁\編輯于星期六3.工作示意圖高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2熱機(jī)從高溫?zé)嵩次崃浚徊糠洲D(zhuǎn)變成功，另一部分放到低溫?zé)嵩础?.熱機(jī)效率熱機(jī)效率如果從高溫源吸取的熱量轉(zhuǎn)變成的功越多，則熱機(jī)效率就越大?，F(xiàn)在是8頁\一共有50頁\編輯于星期六熱機(jī)：持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器.工作物質(zhì)（工質(zhì)）：熱機(jī)中被利用來吸收熱量并對外做功的物質(zhì).現(xiàn)在是9頁\一共有50頁\編輯于星期六三、致冷機(jī)致冷機(jī)的工作物質(zhì)作逆循環(huán)。通過外界對系統(tǒng)作功將系統(tǒng)由低溫源吸收的熱量傳遞到高溫源，從而使低溫源溫度降低。逆循環(huán)例如：電冰箱、空調(diào)都屬于致冷機(jī)?，F(xiàn)在是10頁\一共有50頁\編輯于星期六高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩21.工作示意圖致冷機(jī)是通過外界作功將低溫源的熱量傳遞到高溫源中，使低溫源溫度降低。2.致冷系數(shù)如果外界做一定的功，從低溫源吸取的熱量越多，致冷效率越大。室外室內(nèi)致冷系數(shù)現(xiàn)在是11頁\一共有50頁\編輯于星期六由能量守恒現(xiàn)在是12頁\一共有50頁\編輯于星期六節(jié)流閥冷凝器壓縮機(jī)冰室3.電冰箱工作原理現(xiàn)在是13頁\一共有50頁\編輯于星期六冰箱循環(huán)示意圖現(xiàn)在是14頁\一共有50頁\編輯于星期六四、供暖系數(shù)空調(diào)機(jī)不僅可以制冷，而且也可制熱。將其稱為熱泵。高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2室外室內(nèi)熱泵是通過外界作功，將低溫源（室外）的熱量泵到高溫源（室內(nèi)），與制冷機(jī)順序相反?，F(xiàn)在是15頁\一共有50頁\編輯于星期六1.供暖系數(shù)如果外界做一定的功，泵到高溫源的熱量越多，供暖系數(shù)就越大。由能量守恒高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2室外室內(nèi)現(xiàn)在是16頁\一共有50頁\編輯于星期六例：一熱機(jī)以1mol雙原子分子氣體為工作物質(zhì)，循環(huán)曲線如圖所示，其中AB為等溫過程，TA=1300K，TC=300K。求①.各過程的內(nèi)能增量、功、和熱量；②.熱機(jī)效率。解：①A-B為等溫膨脹過程現(xiàn)在是17頁\一共有50頁\編輯于星期六B-C為等壓壓縮過程吸熱現(xiàn)在是18頁\一共有50頁\編輯于星期六放熱現(xiàn)在是19頁\一共有50頁\編輯于星期六或由熱力學(xué)第一定律C-A為等容升壓過程放熱現(xiàn)在是20頁\一共有50頁\編輯于星期六②.熱機(jī)效率一個循環(huán)中的內(nèi)能增量為：經(jīng)過一個循環(huán)內(nèi)能不變。吸熱現(xiàn)在是21頁\一共有50頁\編輯于星期六現(xiàn)在是22頁\一共有50頁\編輯于星期六五、Carnot循環(huán)及其效率現(xiàn)在是23頁\一共有50頁\編輯于星期六1.卡諾正循環(huán)與卡諾熱機(jī)卡諾循環(huán)—工作物質(zhì)只與兩個恒溫?zé)嵩唇粨Q熱量的循環(huán)。正、逆循環(huán)分別對應(yīng)于卡諾熱機(jī)和制冷機(jī)。準(zhǔn)靜態(tài)卡諾循環(huán)—由兩個等溫過程和兩個絕熱過程構(gòu)成的循環(huán)。2.理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)卡諾循環(huán)

及其效率在此僅限于討論準(zhǔn)靜態(tài)卡諾循環(huán)。現(xiàn)在是24頁\一共有50頁\編輯于星期六正循環(huán)與功能轉(zhuǎn)換吸熱3-4等溫收縮過程放熱1-2的等溫膨脹過程現(xiàn)在是25頁\一共有50頁\編輯于星期六2–3的絕熱膨脹過程4–1的絕熱壓縮過程整個循環(huán)過程中系統(tǒng)吸收的凈熱等于系統(tǒng)對外的功效率現(xiàn)在是26頁\一共有50頁\編輯于星期六由2-3和4-1的絕熱膨脹和壓縮過程方程上兩式相比即現(xiàn)在是27頁\一共有50頁\編輯于星期六可見，理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)卡諾循環(huán)的效率只由高低溫?zé)嵩吹臒崃W(xué)溫度決定，與具體的工作物質(zhì)無關(guān)?？ㄖZ熱機(jī)的效率現(xiàn)在是28頁\一共有50頁\編輯于星期六3.提高熱機(jī)效率的方法。T2/T1越小越好，但低溫?zé)嵩吹臏囟韧ǔ橥饨绱髿獾臏囟龋y以人為地改變。因此通常以提高高溫?zé)嵩吹臏囟葋硖岣邿釞C(jī)的效率?，F(xiàn)在是29頁\一共有50頁\編輯于星期六30例題2

地?zé)岚l(fā)電機(jī)

地?zé)岚l(fā)電的基本原理是利用無止盡的地?zé)醽砑訜岬叵滤?，使其成為過熱蒸汽，以其作為工作流體推動渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。換言之，即將地?zé)徂D(zhuǎn)換為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；這種以蒸汽來旋轉(zhuǎn)渦輪的方式，和火力發(fā)電的原理是相同的。假設(shè)在地球上某地挖一個深井，將一臺地?zé)岚l(fā)電機(jī)置于其中，設(shè)地?zé)岚l(fā)電機(jī)利用卡諾循環(huán)進(jìn)行工作，其工作的溫度在地表25℃和地下300℃之間，如果它每小時能從地下熱源獲取2×1011J的熱量，該發(fā)電機(jī)的輸出功率為多少？現(xiàn)在是30頁\一共有50頁\編輯于星期六31解：根據(jù)卡諾熱機(jī)的循環(huán)效率可得，地?zé)岚l(fā)電機(jī)的熱機(jī)效率為則發(fā)電機(jī)每小時對外做的功為發(fā)電機(jī)的輸出功率為現(xiàn)在是31頁\一共有50頁\編輯于星期六32汽車發(fā)動機(jī)—熱機(jī)汽油機(jī)的循環(huán)過程一般汽車發(fā)動機(jī)的循環(huán)過程由兩個等容過程和兩個絕熱組成，其中AB和CD為絕熱過程，該循環(huán)過程決定了發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)——熱機(jī)效率。V2POP1P2CDBAV1吸放現(xiàn)在是32頁\一共有50頁\編輯于星期六33汽車發(fā)動的熱機(jī)效率為其中，TA為燃料燃燒前的溫度，TB為燃料燃燒后的溫度；V1為氣體壓縮前的體積，V2為氣體壓縮后的體積?，F(xiàn)在是33頁\一共有50頁\編輯于星期六4.卡諾逆循環(huán)與卡諾制冷機(jī)

完全類似于卡諾正循環(huán)的分析，可以證明，理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)卡諾逆循環(huán)（制冷機(jī)）的制冷系數(shù)為2-1等溫壓縮放出的熱量4-3等溫膨脹吸收的熱量外界對系統(tǒng)的功等于系統(tǒng)放出的凈熱現(xiàn)在是34頁\一共有50頁\編輯于星期六35例題家用冰箱的制冷系數(shù)一般約為5，若一臺冰箱被放在溫度為27℃的廚房中，冰箱冷凍室內(nèi)的溫度為-18℃,制冷機(jī)從冷凍室吸收的熱量每天有大約5×106J.（1）在不考慮其它因素的條件下，要使冰箱冷凍室保持-18℃,冰箱每天要做多少功？此冰箱每月的耗電量是多少？（2）如果此冰箱為理想的卡諾制冷機(jī)，每月耗電量又為多少？現(xiàn)在是35頁\一共有50頁\編輯于星期六36解：（1）設(shè)e為制冷機(jī)的制冷系數(shù)，Q1為冰箱傳遞給高溫?zé)嵩矗◤N房）的熱量，Q2為制冷機(jī)從冷凍室吸收的熱量由得冰箱傳遞給高溫?zé)嵩矗◤N房）的熱量為現(xiàn)在是36頁\一共有50頁\編輯于星期六37冰箱每天做功為因此，此冰箱每天的耗電量為現(xiàn)在是37頁\一共有50頁\編輯于星期六38（2）假設(shè)T2為冷凍室溫度，T1為廚房內(nèi)的溫度，則根據(jù)卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)可得可見，在制冷循環(huán)過程中，卡諾制冷機(jī)效率最高，耗能最低。現(xiàn)在是38頁\一共有50頁\編輯于星期六39請思考：是否可以制成一部熱機(jī)，它能在水的沸點和冰點間工作，且效率可達(dá)70%。為什么？思考題現(xiàn)在是39頁\一共有50頁\編輯于星期六補(bǔ)充：例1.某理想氣體分別進(jìn)行了如圖所示的兩個卡諾循環(huán)：I（abcda）和II（a’b’c’d’a’），且兩條循環(huán)曲線所圍面積相等。設(shè)循環(huán)Ι的效率為，每次循環(huán)在高溫?zé)嵩刺幬臒崃繛镼，循環(huán)II的效率為'，每次循環(huán)在高溫?zé)嵩刺幬臒崃繛镼'，則現(xiàn)在是40頁\一共有50頁\編輯于星期六[B]（A）<',Q<Q',（B）<',Q>Q',（C）>',Q<Q',（D）>',Q>Q'.現(xiàn)在是41頁\一共有50頁\編輯于星期六例2.理想氣體卡諾循環(huán)過程的兩條絕熱線下的面積大?。▓D中陰影部分）分別為S1和S2，則二者的大小關(guān)系是：（A）S1>S2； （B）S1=S2；（C）S1>S2；

（D）無法確定。[B]兩絕熱過程內(nèi)能變化大小相同，所以功大小相等現(xiàn)在是42頁\一共有50頁\編輯于星期六例3.兩個循環(huán)過程，過程2

1—2等溫、2—3’等容、3’—4等壓、4—1絕熱。過程1

1—2等溫、2—3絕熱、3—4等壓、4—1絕熱。試比較哪個過程熱機(jī)效率高?，F(xiàn)在是43頁\一共有50頁\編輯于星期六兩個過程吸熱是一樣的，但循環(huán)面積不同，循環(huán)過程作功不同，解答：現(xiàn)在是44頁\一共有50頁\編輯于星期六例4.一定量某理想氣體所經(jīng)歷的循環(huán)過程是：從初態(tài)（V0，T0）開始，先經(jīng)絕熱膨脹使其體積增大1倍，再經(jīng)等容升溫回復(fù)到初態(tài)溫度T0，最后經(jīng)等溫過程使其體積回復(fù)為V0，則氣體在此循環(huán)過程中：（A）對外作的凈功為正值；（B）對外作的凈功為負(fù)值；（C）內(nèi)能增加了；（D）從外界吸收的凈熱量為正值。

[B]整個過程內(nèi)能無變化，所以逆循環(huán)對外凈功為負(fù)，

并放出熱量現(xiàn)在是45頁\一共有50頁\編輯于星期六例5.一定的理想氣體,分別經(jīng)歷了上圖的abc的過程,（上圖中虛線為ac等溫線）,和下圖的def過程（下圖中虛線df為絕熱線）,判斷這兩個過程是吸熱還是放熱。[A]（A）abc過程吸熱,def過程放熱；（B）abc過程放熱,def過程吸熱；（C）abc過程和def過程都吸熱；（D）abc過程和def過程都放熱。上圖：a、c兩態(tài)內(nèi)能相等，作正功，所以吸收熱量。下圖：d-e-f-d循環(huán)過程內(nèi)能變化為0，對外作負(fù)功，整個過程放出的熱量即為d-e-f過程放出的熱量。現(xiàn)在是46頁\一共有50頁\編輯于星期六例6.如圖示，有一定量的理想氣體，從初狀態(tài)a（P1,V1）開始，經(jīng)過一個等容過程達(dá)到壓強(qiáng)為P1/4的b態(tài)，再經(jīng)過一個等壓過程達(dá)到狀態(tài)c,最后經(jīng)等溫過程而完成一個循環(huán)，求該循環(huán)過程中系