13-5循环过程 卡诺循环【热力学】
循环过程-卡诺循环
QT
RT
ln V2 V1
RT
ln
p1 p2
(P223页13 14式)
p p1
A
T1 T2 Qab
p2
T1 B
p4
W
D
p3
C
Qcd T2 V
o V1 V4
V2 V3
13-5 循环过程 卡诺循环
A — B 等温膨胀吸热
Q1
Qab
RT1 ln
V2 V1
C — D 等温压缩放热
Q2
Qcd
从上式可知, 在低温处放出的热量越小, 则热机的效率越高.
如果在低温热源处不放热量, 即Q放=0, 则热机的效率等于 100% !!
即系统在高温热源处吸收的热量全部用于对外做功 ! (不违反 热力学第一定律 )
这种情况能实现吗 ?
根据实际经验这种现象是不能实现的 !!
第十三章 热力学基础
/19
13-5 循环过程 卡诺循环
T1 B
W
D Q2 T2
C
V
/19
13-5 循环过程 卡诺循环
Q2 Q1 Q1 T1
T2 T1
Q2 T2
将上式代入致冷系数定义式 e Q2 Q1 Q2
得到卡诺致冷机的致冷系数为:
e Q2
1
1
Q1 Q2 Q1 / Q2 1 T1 / T2 1
T2 T1 T2
(iii) C B,绝热压缩;外界对气体做功, 气体温度T2 T1(升高),.
(iv) 最后, B A,等温压缩;此过程中外界对气体做功使气体将气 量Q1传 递给高温热源, 从而完成一个逆循环.
第十三章 热力学基础
13-5循环过程 卡诺循环
解: 设等温膨胀过程中气体吸收热能 Q1,等温压缩过程中气
M V2 5 ×10 −3 Q1 = RT高 ln = 8.31× 400 × ln( ) J = 5.35 ×103 J M mol V1 1×10 −3
T2 A = 1− = 25% ∵ η= Q1 T1
∴ A = Q1 ⋅η = 1.34 ×103 ( J )
2、卡诺逆循环(卡诺制冷机 ：按逆时针方向沿封闭 、卡诺逆循环 卡诺制冷机 卡诺制冷机)： 曲线ADCBA进行的循环。 进行的循环。 曲线 进行的循环
p
A
Q1
T1 > T2
B C
卡诺致冷机致冷系数 卡诺致冷机致冷系数 致冷
T1
W
D
Q2
Q2 T2 e= = Q −Q2 T1 −T2 1
理想气体卡诺循环 的效率只与两热源的温 的效率只与两热源的温 有关。 度有关。
第五版
本章目录
选择进入下一节： 选择进入下一节：
1313-4 理想气体的等温过程和绝热过程 1313-5 循环过程 卡诺循环 1313-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理 1313-7 熵 熵增加原理 1313-8 热力学第二定律的统计意义
第十三章 热力学基础
20
1313-5 循环过程 卡诺循环 二、正循环和热机
沿顺时针方向进行的循环称 正循环（热机循环）。 为正循环（热机循环）。 a→1→b：系统吸热Q1 ； ：系统吸热 内能增加∆U ； 内能增加 对外界作功 W1 。 b→2→a：外界对系统作功 –W2 ； ： o 内能减小 –∆U， ， 系统放热 – Q2 。
Q 2 = Q 1 − A = 4 . 31 × 10 3 ( J )
第十三章 热力学基础
热力学循环过程
热力学循环过程热力学循环过程热力学循环是指在一定的温度范围内，通过一系列的热力学变化，使得系统从一个状态回到相同的状态的过程。
在工程领域中，热力学循环被广泛应用于各种能源转换和动力系统中。
本文将对热力学循环过程进行详细介绍。
一、理想气体循环1.卡诺循环卡诺循环是理想气体循环中最常见的一种。
它由四个步骤组成：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。
其中，等温膨胀和等温压缩是在高温和低温下进行的，而绝热膨胀和绝热压缩则是在两个恒温储存器之间进行的。
2.斯特林循环斯特林循环也是一种理想气体循环。
它由两个等量的等温膨胀和两个等量的等温压缩组成。
与卡诺循环不同的是，在斯特林循环中，气体是通过活塞进行往复运动的。
二、汽车循环汽车循环是指内燃机中的热力学循环过程。
它分为四个步骤：进气、压缩、燃烧和排气。
其中，进气和排气是通过活塞进行的，而压缩和燃烧则是通过发动机的缸体完成的。
三、蒸汽动力循环蒸汽动力循环是指利用水蒸气驱动涡轮机或活塞发电的过程。
它由四个主要步骤组成：加热、膨胀、冷却和压缩。
其中，加热和冷却是通过锅炉完成的，而膨胀和压缩则是通过涡轮机或活塞完成的。
四、制冷循环制冷循环是指将低温物体中的热量传递到高温物体中以使其降温的过程。
它由四个主要步骤组成：压缩、冷凝、膨胀和蒸发。
其中，压缩和冷凝是通过制冷机完成的，而膨胀和蒸发则是通过制冷剂完成的。
五、混合流体循环混合流体循环是指将两种或多种不同的流体混合在一起，使它们共同进行热力学循环的过程。
它由四个主要步骤组成：加热、膨胀、冷却和压缩。
其中，加热和冷却是通过换热器完成的，而膨胀和压缩则是通过涡轮机或活塞完成的。
六、结论总之，热力学循环过程在工程领域中有着广泛的应用。
不同类型的循环过程有着不同的特点和适用范围。
了解这些循环过程对于设计和优化能源转换和动力系统非常重要。
热力学循环卡诺循环的效率与热机的工作原理
热力学循环卡诺循环的效率与热机的工作原理热力学循环是热机运行的基础原理之一，而卡诺循环则是最高效率的理想热力学循环。
本文将介绍热力学循环、卡诺循环的工作原理，并讨论卡诺循环的效率。
同时，我们还会探讨热机的工程实现中存在的限制和改善方法。
1. 热力学循环的定义热力学循环是指通过热交换和做功两个过程的连续循环，将热能转化为机械能或其他可使用形式的能量。
常见的热力学循环有卡诺循环、斯特林循环和布雷顿循环等。
2. 卡诺循环的工作原理卡诺循环是一种理想化的热力学循环，它由两个等温过程和两个绝热过程组成。
在卡诺循环中，工质在等温过程中从高温热源吸热，绝热过程中进行绝热膨胀或绝热压缩，等温过程中向低温热源放热，最后绝热过程中再次进行绝热膨胀或绝热压缩。
卡诺循环的工质可以是气体、蒸汽或其他形式。
3. 卡诺循环的效率卡诺循环是所有热力学循环中效率最高的循环，其效率由以下公式计算：η = 1 - T2 / T1其中，η为卡诺循环的效率，T1为高温热源的温度，T2为低温热源的温度。
可见，卡诺循环的效率与热源的温度有关，当温差越大时，效率越高。
4. 热机的工程实现中的限制尽管卡诺循环具有最高效率，但在实际的热机工程实现中，存在一些限制。
首先，热机内部存在损耗，如摩擦损耗、热传导损耗等，这些损耗会降低热机的效率。
其次，热机的工质在实际循环过程中会发生一定的温度变化，与卡诺循环的等温过程有所偏差，从而降低热机的实际效率。
5. 改善热机效率的方法为了提高热机的效率，可以采取一些改进措施。
一种常见的方法是增加热机的压缩比和膨胀比，以提高燃烧效率和发电效率。
此外，改善热机内部的传热、传质和流体动力学特性，减小损耗，也可以提高热机的效率。
同时，利用余热回收、联合循环等技术手段，可以最大程度地利用废热，提高能量利用效率。
综上所述，热力学循环是实现能量转换的关键，而卡诺循环则以其最高效率成为理想化的热力学循环。
卡诺循环的效率受到热源温度的影响，温差越大，效率越高。
气体分子运动论和热力学基础之卡诺循环图
基本概念
温度、压力、体积、热量、功等。
热力学第一定律
能量守恒定律在热现象中的应用，表 示为Q=ΔU。
热力学第二定律
揭示了热现象中自然过程的方向性， 表示为W≥-ΔQ。
卡诺循环的热力学过程
等温吸热过程
等温放热过程
气体从温度为T1的高温热源吸热，温度不 变，对外界做功。
气体对外界做功，温度不变，将热量放给 温度为T2的低温热源。
卡诺循环图通过图形的方式，直观地展示了气体分子在热机 工作过程中的状态变化和能量转换过程，有助于深入理解热 力学的原理和应用。
卡诺循环图的重要性
卡诺循环图是热力学中一个核心的理论模型，对于理解热 力学的基本原理、热机的效率以及能源利用等问题具有重 要意义。
通过卡诺循环图，人们可以直观地了解热机的工作过程和 效率，为改进和优化热机设计提供理论支持。同时，卡诺 循环图也是研究和开发新型热机的重要工具，有助于推动 能源科学和技术的发展。
分子运动论的基本概念
分子
组成物质的最小单位，具有质 量、动量和速度等物理属性。
分子的平均自由程
分子在连续两次碰撞之间所走的 平均距离，与气体分子的速度和 气体分子的碰撞频率有关。
分子的平均动能
分子由于热运动而具有的动能 ，与温度有关。
分子的分布函数
描述分子在空间中分布的概率函 数，可以用来计算分子的空间分
03
卡诺循环图介绍
卡诺循环图定义
卡诺循环图是表示卡诺循环过程的示 意图，由四个等温过程和两个等熵过 程组成。
它揭示了理想热机的效率与工作物质 和热源温度之间的关系。
卡诺循环图的组成
等温吸热过程
气体从高温热源吸收热量，对外界做功。
等熵吸热过程
循环过程卡诺循环PPT课件
第十三章 热力学基础
一 循环过程
13-5 循环过程 卡诺循环
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 .
特征: E 0 由热力学第一定律
pA
Q W
净功 W Q1 Q2 Q
总吸热
Q1
o VA
总放热
Q2 （取绝对值）
净吸热
D — A 绝热过程
V1 1T1 V4 1T2
V2 V3 V1 V4
第十三章 热力学基础
13-5 循环过程 卡诺循环
W 1 Q2 1 RT2 ln(V2 /V1) 1 T2
Q1
Q1
RT1 ln(V3 /V4 )
T1
卡诺热机效率
1 T2
T1
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 .
第十三章 热力学基础
卡诺逆循环
13-5 循环过程 卡诺循环
由两个绝热过程和两个等温过程组成的逆循环称为卡诺逆循环. 如图所示. 卡诺逆循环过程: 设工作物质为理想气体.
p
A Q1
T1 T2
T1 B
W
D Q2 T2
C
V
o
(i) A D,绝热膨胀;系统对外做功,气体 温度T1 T2(降低).
(ii) D C,等温膨胀;此过程中气体从低 温做热功.源中吸收热量Q2; 系统对外界
(iii) C B,绝热压缩;外界对气体做功, 气体温度T2 T1(升高),.
(iv) 最后, B A,等温压缩;此过程中外界对气体做功使气体将气 量Q1传 递给高温热源, 从而完成一个逆循环.
热力学中的卡诺循环
热力学中的卡诺循环热力学是自然科学中研究热能转换和相关现象的一个重要分支，它涉及到热力学系统的性质、热能的传递以及能量转化等方面的问题。
热力学很大程度上探讨了能量如何从一个物体转移到另一个物体，其中一个受到特别关注的主题就是卡诺循环。
卡诺循环是热力学中最重要的循环过程之一，它是由法国物理学家尼古拉·卡诺于1824年提出的。
卡诺循环是一个最理想的热机循环过程，用于解释和研究热能转换的极限情况。
它由四个步骤组成：绝热膨胀、等温膨胀、绝热压缩和等温压缩。
首先，我们来看绝热膨胀的过程。
在这一步中，工作物体从最初的状态开始，以无热量交换的方式进行膨胀。
这个过程中没有热量进入或者离开系统，温度会下降。
接下来是等温膨胀。
这一步中，工作物体与某个热源接触，使得温度保持不变。
在这个过程中，工作物体吸收了热量，同时膨胀。
第三步是绝热压缩。
在这一步中，工作物体与外界没有热量交换，物体被压缩，温度上升。
最后一步是等温压缩。
在这个过程中，工作物体与另一个热源接触，从高温热源吸收热量，使得温度保持不变。
工作物体压缩至最初状态。
卡诺循环的最大特点是高效率。
在卡诺循环中，热机的热效率由两个温度决定：高温热源的温度和低温热源的温度。
尽管存在能量损失，卡诺循环具有最高的热效率。
这是由于卡诺循环在等温过程中通过传导热量的方式，而在绝热过程中通过绝热传导热量。
为了更好地理解卡诺循环，我们可以考虑一个案例。
假设高温热源的温度为T1，低温热源的温度为T2，根据热力学的知识，我们可以得到卡诺循环的热效率为：η = 1 - T2/T1其中，η表示热效率，T2表示低温热源的温度，T1表示高温热源的温度。
从这个公式可以看出，当低温热源的温度接近绝对零度时，热效率趋向于最大值。
卡诺循环的研究不仅仅是为了认识和解释理论上的极限情况，还为我们提供了一种衡量其它热机性能的标准。
通过与卡诺循环进行比较，我们可以计算其他热机的热效率和性能损失。
然而，实际中的热机循环通常无法达到卡诺循环的理想状态。
-卡诺循环
'
e 1 ' e 1 7 Q 2.2 10 J Q1 Q2 e e
保持冰箱在 5 C 至20 C 之间运转, 每天需作功
W Q1 Q2 Q1 Q 0.2 10 J
功率
'
7
W 0.2 107 P W 23W t 24 3600
13-5 卡诺循环(Carnot Cycle)
图中两卡诺循环
1 2 吗 ？
p
T1
p
T1
W1
W1 W2
W2
T3
W1
W1 W2
W2
T2
V
T2
o
o
V
1 2
22
1 2
第十三章 热力学基础
物 理 攻 略
任意循环过程效率的计算
1.通过正循环（负循环）判
断是热机还是制冷机
2.确定热机或制冷机的
效率公式 。
W Q1 Q2 Q2 Q2 = e Q1 Q1 W Q1 Q2
o
1
VA
o
VA
第十三章 热力学基础
13-5 卡诺循环(Carnot Cycle)
循环过程
物质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 .
循环过程特征
p
E 0
热力学第一定律
Q W
2
A
d
c
正循环
W 0
B
VB V
o
VA
第十三章 热力学基础
13-5 卡诺循环(Carnot Cycle)
2
c
V1
b V2 V
ca等体过程 Qca vCV ,m (Ta Tc ) i 3 Qca v R (Ta Tc ) V1 ( Pa Pc ) 2 2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
循环的效率越高 .
卡诺致冷机（卡诺逆循环）
p
A Q1
T1 T2
高温热源T1
Q1
T1 B
卡诺致冷机 W
W
D
C
Q2
o
Q2 T2
V
低温热源T2
卡诺致冷机致冷系数
e Q2 T2 Q1 Q2 T1 T2
讨论
图中两卡诺循环 1 2 吗 ？
p
W1 W2
T1
W1
T2
W2
o
V
1 2
p
T1
o
T3 W1 W2
总放热
Q2 （取绝对值）
净吸热 Q
二 热机效率和致冷机的致冷系数
热机（正循环） W 0
致冷机（逆循环）W 0
pA
c
W
d
B
o VA
VB V
高温热源
Q1
热机
W
Q2
低温热源
热机效率 W Q1 Q2 1 Q2
Q1
Q1
Q1
pA
c
W
高温热源
Q1
d
低温热源
致冷机致冷系数 e Q2 Q2 W Q1 Q2
解
e
e卡 55%
T2 T1 T2
55 100
10.2
由 e Q2 Q1 Q2
得
Q1
e
e
1
Q2
房间传入冰箱的热量 Q 2.0107 J
热平衡时 Q Q2
Q1
e
e
1Q2
e 1Q 2.2107 J e
W1
W2
T2
V
1 2
例2 一电冰箱放在室温为 20 C 的房
间里 ，冰箱储藏柜中的温度维持在5 C .
现每天有 2.0107 J 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5 C 至 20 C 之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺
致冷机致冷系数的 55% .
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 1 QDA
QBC
p
C 吸
1 CV ,m (TD TA )
B
CV ,m (TC TB )
1 TD TA TC TB
o V1
D 放 A
V2
又BC和DA是绝热过程：
TCB TTDA
V11 VV22
V2 V3
B — C 绝热过程
T1V2 1 T2V3 1
D — A 绝热过程
V1 1T1 V4 1T2
V2 V3 V1 V4
ln V3
1 Q2 1 T2 V4
Q1
T1 ln V2
V1
卡诺热机效率
卡诺热机效率与工
1 T2
T1
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
11
,
TB T所C 以
TA TD
p
C 吸
1 TD TA 1 TA
B
TC TB
TB
1
1
V2 V1
o V1
D 放 A
V2 V
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.
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 .
p p1 A
T1 T2
p2
T1 B
p4
p3
W
D
C
T2 V
高温热源T1
Q1
卡诺热机
Q2
W
o V1 V4
V2 V3
低温热源T2
理想气体卡诺循环热机效率的计算
卡诺循环
p p1
A
T1 T2 Qab
p2
T1 B
p4
W
D
p3
C
Qcd T2 V
o V1 V4
V2 V3
A — B 等温膨胀 B — C 绝热膨胀 C — D 等温压缩 D — A 绝热压缩
p p1
A
T1 T2 Qab
p2
T1 B
p4
W
D
p3
C
Qcd T2 V
o V1 V4
V2 V3
A — B 等温膨胀吸热
Q1
Qab
RT1 ln
V2 V1
C — D 等温压缩放热
Q2 Qcd
RT2
ln
V3 V4
p p1
A
T1 T2 Qab
p2
T1 B
p4
W
D
p3 o V1 V4
C
Qcd T所2 以V
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 .
各种热机的效率
液体燃料火箭 48%
柴油机
37%
汽油机 蒸气机
25% 8%
热机 : 持续地将热量转变为功的机器 .
冰箱循环示意图
一 循环过程
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 .
特征 E 0
由热力学第一定律
pA
c
W
Q W
d
B
o VA
VB V
净功 W Q1 Q2 Q
Q1
总吸热