大學(xué)物理6-3-循環(huán)過程-卡諾循環(huán)

熱機(jī)發(fā)展簡介1698年薩維利和1705年紐可門先后獨(dú)創(chuàng)了蒸汽機(jī)，當(dāng)時(shí)蒸汽機(jī)的效率極低.1765年瓦特進(jìn)行了重大改進(jìn)，大大提高了效率.人們始終在為提高熱機(jī)的效率而努力，從理論上探討熱機(jī)效率問題，一方面指明白提高效率的方向，另一方面也推動(dòng)了熱學(xué)理論的發(fā)展.各種熱機(jī)的效率液體燃料火箭柴油機(jī)汽油機(jī)蒸汽機(jī)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)中被利用來吸取熱量并對(duì)外做功的物質(zhì).冰箱循環(huán)示意圖系統(tǒng)經(jīng)過一系列變更狀態(tài)過程后，又回到原來的狀態(tài)的過程叫熱力學(xué)循環(huán)過程.熱力學(xué)第一定律凈功特征一循環(huán)過程AB總放熱（取絕對(duì)值）總吸熱熱機(jī)二熱機(jī)效率熱機(jī)效率高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩礋釞C(jī)（正循環(huán)）AB致冷機(jī)致冷系數(shù)致冷機(jī)（逆循環(huán)）致冷機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅B致冷機(jī)的致冷系數(shù)

例1例2如圖所示，是某志向氣體循環(huán)過程的T-V的圖，CA為絕熱過程，A點(diǎn)的態(tài)參量為（T，V1）和B點(diǎn)的態(tài)參量為（T，V2）為已知。求C點(diǎn)的溫度和這個(gè)循環(huán)的效率.解：AB是等溫過程，所以CA是絕溫過程，由絕熱方程得由圖可知,整個(gè)循過程中所吸取的熱量為整個(gè)循過程中所放出的熱量為效率1423例6-41mol氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其中,求1—2、2—3、3—4、4—1各過程中氣體吸取的熱量和熱機(jī)的效率.解由志向氣體物態(tài)方程得1423總效率也可以用功來計(jì)算總效率例6-51mol剛性雙原子分子志向氣體作如圖所示的循環(huán)過程，其中1-2為直線，2-3為絕熱線，3-1為等溫線，已知T2=2T1，V3=8V1。試求：（1）各過程的內(nèi)能增量、功和傳遞的熱量（用T1、R表示）；（2）此循環(huán)的效率。（）解由題意，3-1是等溫過程，故剛性雙原子分子，則其自由度

因此

1-2是吸熱過程，內(nèi)能變更系統(tǒng)對(duì)外所作的功

吸取的熱量2-3為絕熱過程

3-1為等溫過程

在整個(gè)循環(huán)過程中

系統(tǒng)吸取的熱量系統(tǒng)放出的熱量

循環(huán)效率

卡諾循環(huán)是由兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)等溫過程和兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程組成.三卡諾循環(huán)

低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)WABCD1824年法國的年青工程師卡諾提出一個(gè)工作在兩熱源之間的志向循環(huán)—卡諾循環(huán).給出了熱機(jī)效率的理論極限值;他還提出了著名的卡諾定理.WABCD志向氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的計(jì)算

A—B等溫膨脹

B—C絕熱膨脹

C—D等溫壓縮

D—A絕熱壓縮卡諾循環(huán)A—B等溫膨脹吸熱C—D

等溫壓縮放熱WABCD卡諾循環(huán)的效率A—B等溫膨脹吸熱WABCD

D—A絕熱過程B—C

絕熱過程

卡諾熱機(jī)效率卡諾熱機(jī)效率與工作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個(gè)熱源的溫度有關(guān)，兩熱源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高.

WABCD高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī)卡諾致冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)圖中兩卡諾循環(huán)嗎？討論例5一可逆卡諾熱機(jī)低溫?zé)嵩吹臏囟葹?，效率?0℅；若將其效率提高到50℅，則高溫?zé)嵩礈囟刃杼岣邘锥龋?/p>

解:依據(jù)所以高溫?zé)嵩葱杼岣叩臏囟葹椋?/p>

得例6一臺(tái)電冰箱放在室溫為的房間里，冰箱儲(chǔ)藏柜中的溫度維持在.現(xiàn)每天有的熱量自房間傳入冰箱內(nèi),若要維持冰箱內(nèi)溫度不變,外界每天需作多少功,其功率為多少?設(shè)在至之間運(yùn)轉(zhuǎn)的致冷機(jī)(冰箱)的致冷系數(shù),是卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)的55%.解由致冷機(jī)致冷系數(shù)得房間傳入冰箱的熱量熱平衡時(shí)房間傳入冰箱的熱量熱平衡時(shí)保持冰箱在至之間運(yùn)轉(zhuǎn),每天需作功功率

例6-6四沖程汽油機(jī)（奧托循環(huán)）的作功原理如圖所示。AB相當(dāng)于壓強(qiáng)約為1atm的混合氣體燃料；BC相當(dāng)于活塞把吸入氣缸內(nèi)的混合氣體燃料加以壓縮，由于壓縮快，散熱慢，可看作是絕熱壓縮過程；CD相當(dāng)于用電火花使壓縮后的混合氣體燃料瞬時(shí)爆炸，于是氣體的壓強(qiáng)驟然增加，在這一瞬間，活塞移動(dòng)距離微??；DE相當(dāng)于爆炸后的氣體作絕熱膨脹，并推動(dòng)活塞對(duì)外作功；EB相當(dāng)于對(duì)外作功后氣體的壓強(qiáng)隧然減小到大氣壓，在此過程中，活塞移動(dòng)甚微；BA相當(dāng)于活塞把廢氣排出缸體，接著為下一次循環(huán)作準(zhǔn)備。求此循環(huán)的效率。解奧托循環(huán)中，氣體在等體升壓過程CD中吸熱,而在等體降壓過程EB中放熱