8-5循环过程,卡诺循环
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循环过程--卡诺循环(四川农业大学大学物理)
p
b
a 净负正正 功dd功功 c
O V1
V2
V
特征： Q净 A净 0
热机的循环:
从外界吸热—对外做功
T1
A
T2
实例：蒸汽机的循环
A净 A1 A2
Q净 Q1 Q2
效率: A净
Q吸
Q Q
1
2
Q 1
A2
Q 1 2
Q 1
Q1 A1
Q2
热机的能量转换:
从高温热源吸热 Q 1
p p2
p1
o
V1
V2
V V3
解：1-2:
E1
M
CV
(T2
T1)
5
5
2 R(2T1 T1) 2 RT1
A1
1 2
(
p2V2
p1V1 )
1 2
R(T2
T1)
1 2
RT1
p p2
p1
o
V1
V2
V V3
Q1 A E 3RT 1
2-3: 绝热膨胀 Q2 0
致冷机的循环： 外界对系统做功 —— 系统向外界放热
T1 Q1
A=Q1-Q2 Q2 T2
实例：电冰箱
Q1 A
Q2
能量转换：
致冷系数： w Q2 A
从低温热源吸热
Q 2
（效果）
向高温热源放热
外界对系统做功 A （代价） Q1 Q2 A 注意：这里的Q2 仅是循环过程中系统从冷库吸收的热 量 —— 衡量致冷的效力
T2 V
32 1 4
8.5循环过程 卡诺循环
p
2 Q1 3 O V2 V3
4 Q2
1
V1 V
③ 3 → 4 。燃料燃烧完毕 后，不再获取热量，气体靠 惯性继续膨胀并对外界做功 （绝热膨胀降温降压）；
④ 4 → 1 。排出做功后的 废气并再次吸入新的空气， 准备进行下一次循环（等体 放热降温降压）。
Q1 Cp (T3 T2 ) Q2 CV (T4 T1)
T1
1
1 ( 1)
1
由于 1, 1，所以在 相同的情况下，狄赛尔循环
的效率比奥托循环的效率要低。不过狄赛尔循环不受压缩
比不能大于 10 的限制，一般可取在 15～20 之间，所以实 际柴油机的效率要大于汽油机的效率。
3. 蒸汽动力机循环 蒸汽动力机包括蒸汽机和蒸汽轮机两种，它们进行的循环
热泵型空调将两只热交换器分别置于室内和室外，并借助 一个四通阀对流出压缩机的高压气体流向进行切换。
8.5.4 卡诺循环
1. 卡诺循环 19世纪初，虽然热机的使用已经相当广泛，但那时热机的
效率非常低，仅为3％～5％，绝大部分热量都没有得到充分 利用。1824年，法国青年工程师卡诺（1796～1832）设计出 一种理想的正循环 —— 卡诺循环，并从理论（ 卡诺定理 ） )
Q2 CV (T4 T1)
1 Q2 1 T4 T1
Q1
T3 T2
应用绝热过程方程：
1
T3 T4
T2 T1
V1 V2
1
T3 T4
T2 T1
T3 T2 T4 T1
V1 V2
循环过程 卡诺循环
低
高
温
温
吸 热
节流过程
放 热
高压液体
7
§3 循环过程 卡诺循环
循环过程
循环过程,简称循环. 重要特征:经历循环回到初始状态
系统内能不变. 热机(正循环), 致冷机(逆循环).
p
Q1 p
O Q2
VO
V
高温热源
高温热源
Q1 A
A
Q1
Q2
Q2
低温热源
低温热源
8
卡诺循环
PV图. p
卡诺正循环
p
abc d
绝热过程.吸热在cd过程,放热在eb过程. 49
等容过程(cd)吸热 M
Q1 CV (Td Tc )
汽缸开口放气(eb)放热
效率:
Q2
M
CV (Te
Tb )
1 Q2 1 Te Tb
Q1
Td Tc
再利用两个绝热过程的过程方程
pd Q1c
p0 a O V0
e Q2 b VV
de过程：TeV 1 TdV0 1 ; 二式双方相减后解出
气
e
c
a
b
V0
VV
奥托循环
点
吸P d
火
装 置
气
e
c
a
b
V0
VV
奥托循环
点
吸P d
火
装 置
气
e
c
a
b
V0
VV
奥托循环
点
吸P d
火
装 置
气
e
c
a
b
V0
VV
例题2.内燃机的循环之一—奥托(N.A.Otto)循环,内燃 机利用气体或液体燃料直接在汽缸中燃烧,产生巨大
第3章卡诺循环ppt课件
QC = ( TT -3 ) = 2 C T 3 4 V 4 V 1
QC = ( T T ) = C T 4 1 P 1 4 P 1
（2）全过程吸收的热量为:
Q1 是 指 在 一 个 = C T 2 C T V 1+ P 1 循环过程中的 总吸收热量！ 全过程对外界作的功为:
= +2 Q QQ 1 1 2 3
p2 p4 p3 D
0
V1
V4 V2
V
m CV ,m (T1 T2 ) M
CD：等温压缩过程：体积由 V3 压缩到 V4 ，内能变化为零， 外界对系统所作的功等于向低温热源T2放出的热量:
P
p1 A
m V 4 W Q RT ln 3 2 2 M V 3
V m 3 Q RT ln 2 2 M V 4
W= Q1-Q2
热机效率或循环效率：
表示热机的效率
T2 Q2
高温热源 T1
Q1 W Q2
WQ Q Q 1 2 1 2 Q Q Q 1 1 1
W为工作物质对 外所作的净功 Q1为工作物质吸收的 热量
低温热源 T2
3、制冷机
空调、冰箱
工作物质作逆循环的机器，它是通过外界对 系统做功，实现把热量从低温热源（冷藏室） 抽到高温热源（室外环境）的机器。
正循环——卡诺热机 逆循环——卡诺制冷机
2、卡诺热机：正循环 卡诺热机的四个过程
P p1 A
W和Q均为绝对值！
AB：等温膨胀过程，体积由V1膨胀到V2， 内能没有变化，系统从高温热源 T1 吸收的 热量全部用来对外作功: Q1
m V 2 W Q RT ln 1 1 1 M V 1
B BC ：绝热膨胀，体积由 V2 变到V3，系统不吸收热量，对 T1外所作功等于系统减少的内能: C W2 E T2 Q2 V3
物理学教学课件83循环过程和卡诺循环
卡诺热机效率的计算公式为：η=1-T2/T1，其中T1和T2分别为热源和冷 源的温度（以开尔文为单位）。
卡诺热机效率的计算公式揭示了热机效率的极限，即任何实际热机的效 率都无法超过卡诺热机的效率。
提高热机效率的途径
提高热源的温度
热源温度越高，热机从热源吸收的热量就越 多，从而提高热机效率。
改进热机的结构
优化热机的设计，减少内部摩擦和热量损失， 可以提高热机效率。
降低冷源的温度
冷源温度越低，热机向冷源排放的热量就越 少，从而提高热机效率。
采用高性能的工作物质
选择具有高比热容、低导热系数等优良性能 的工作物质，可以提高热机效率。
PART 06
制冷机与卡诺循环
制冷机的原理
逆卡诺循环
制冷机的工作原理基于逆卡诺循环， 该循环通过消耗外部功，将热量从低 温热源（被冷却物体）传递到高温热 源（环境），实现制冷效果。
膨胀过程
制冷剂液体通过膨胀阀进入蒸 发器，压力和温度降低，重新
开始新的循环。
制冷机的性能系数
1 2
制冷量
单位时间内制冷机从低温热源吸收的热量。
输入功率 制冷机运行时消耗的外部功。
3
性能系数（COP） 制冷量与输入功率之比，用于评价制冷机的效率。 COP值越大，制冷机的效率越高。
PART 07
总结与展望
循环过程的特点
循环过程具有周期性，即系统会 不断地重复经过相同的状态和过
程。
在循环过程中，系统的总能量保 持不变，但能量的形式（如热能、
机械能等）可以相互转换。
循环过程的效率和性能可以用热 力学第二定律和相关的热力学参
数来描述和评估。
PART 04
卡诺循环
卡诺循环的定义
卡诺热机效率的计算公式揭示了热机效率的极限，即任何实际热机的效 率都无法超过卡诺热机的效率。
提高热机效率的途径
提高热源的温度
热源温度越高，热机从热源吸收的热量就越 多，从而提高热机效率。
改进热机的结构
优化热机的设计，减少内部摩擦和热量损失， 可以提高热机效率。
降低冷源的温度
冷源温度越低，热机向冷源排放的热量就越 少，从而提高热机效率。
采用高性能的工作物质
选择具有高比热容、低导热系数等优良性能 的工作物质，可以提高热机效率。
PART 06
制冷机与卡诺循环
制冷机的原理
逆卡诺循环
制冷机的工作原理基于逆卡诺循环， 该循环通过消耗外部功，将热量从低 温热源（被冷却物体）传递到高温热 源（环境），实现制冷效果。
膨胀过程
制冷剂液体通过膨胀阀进入蒸 发器，压力和温度降低，重新
开始新的循环。
制冷机的性能系数
1 2
制冷量
单位时间内制冷机从低温热源吸收的热量。
输入功率 制冷机运行时消耗的外部功。
3
性能系数（COP） 制冷量与输入功率之比，用于评价制冷机的效率。 COP值越大，制冷机的效率越高。
PART 07
总结与展望
循环过程的特点
循环过程具有周期性，即系统会 不断地重复经过相同的状态和过
程。
在循环过程中，系统的总能量保 持不变，但能量的形式（如热能、
机械能等）可以相互转换。
循环过程的效率和性能可以用热 力学第二定律和相关的热力学参
数来描述和评估。
PART 04
卡诺循环
卡诺循环的定义
8-5 循环过程 卡诺循环
8 – 5
循环过程 卡诺循环
Q =∆E =νC (T −T ) ca V a c 3 = V( pa − pc ) = 450R 2
物理学教程 第二版） （第二版）
ca是等体过程 是等体过程
循环过程中系统吸热
Q = Q +Q = 600Rln2 + 450R = 866R 1 ab ca
循环过程中系统放热
V1 T1 = V4 T2
γ −1
γ −1
8 – 5
循环过程 卡诺循环
物理学教程 第二版） （第二版）
p p1
A
T1 > T 2
Qab
T1
B C
V 2 V3 = V1 V 4
卡诺热机效率
p2 p4
W
D
p3
o V1 V4
Qcd T2
V2
V
V3
T2 η = 1− T1
卡诺热机效率与工作 物质无关， 物质无关，只与两个热源 的温度有关， 的温度有关，两热源的温 差越大， 差越大，则卡诺循环的效 率越高 .
8 – 5
循环过程 卡诺循环
物理学教程 第二版） （第二版）
冰箱循环示意图
第八章 热力学基础
8 – 5 例1
循环过程 卡诺循环
物理学教程 第二版） （第二版）
1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其 氦气经过如图所示的循环过程， 中 p 2 = 2 p1 , V 4 = 2V1 求1—2、2—3、3—4、4—1 各过程中气体吸收的热量和热机的效率 .
W Q1 − Q2 Q2 = = 1− 热机效率 η = Q1 Q1 Q1
一个循环中工质从冷库中吸取的热量Q 一个循环中工质从冷库中吸取的热量 2与外界对工质作所 的比值，称为循环的致冷系数 的功A 的比值，称为循环的致冷系数
卡诺循环的四个过程公式
卡诺循环的四个过程公式卡诺循环是热力学中一个重要的循环过程，用来描述热机的理想工作原理。
它由四个过程组成，分别是绝热膨胀、等温膨胀、绝热压缩和等温压缩。
下面将详细介绍卡诺循环的四个过程和相应的公式。
1. 绝热膨胀（ADIABATIC EXPANSION）绝热膨胀过程是指在不与外界交换热量的情况下，系统从高温状况下膨胀至低温状态。
这一过程中系统不进行热传导和热交换，只进行功的转换。
根据理想气体状态方程PV^γ = 常数（γ为比热容比），绝热过程的理想气体功公式为：W_ad = (P_1V_1 - P_2V_2)/(γ - 1)其中， W_ad 表示绝热过程所做的功, P_1 和 V_1 表示初始状态下的压力和体积，P_2 和 V_2 表示终态下的压力和体积。
2. 等温膨胀（ISOCHORIC EXPANSION）等温膨胀过程是指在恒温条件下，系统从高温状态膨胀至低温状态。
这一过程中系统与外界交换热量，但不进行功的转换。
根据理想气体状态方程 PV = nRT，等温过程中热量 Q 的转移公式为：Q = nRΔTln(V_2/V_1)其中， Q 表示等温过程中的热量转移量， n 表示气体的摩尔数， R 表示理想气体常数，ΔT 表示温度差， V_1 和 V_2 表示初始状态下的体积和终态下的体积。
3. 绝热压缩（ADIABATIC COMPRESSION）绝热压缩过程是指在不与外界交换热量的情况下，系统从低温状态进行压缩至高温状态。
与绝热膨胀相似，绝热压缩过程中也不进行热传导和热交换，只进行功的转换。
绝热过程的理想气体功公式与绝热膨胀过程相同。
W_ad = (P_2V_2 - P_1V_1)/(γ - 1)其中， W_ad 表示绝热过程所做的功, P_1 和 V_1 表示初始状态下的压力和体积，P_2 和 V_2 表示终态下的压力和体积。
4. 等温压缩（ISOCHORIC COMPRESSION）等温压缩过程是指在恒温条件下，系统从低温状态压缩至高温状态。
卡诺循环
(7- 26)
循环过程 卡诺循环
可见，制冷系数表示对系统做单位功时可从低温热源 吸走多少热量.显然，ε越大，制冷机的制冷效果就越好.
同样，式（7- 26）中的各个量都只代表大小.需要注意 的是，热机的效率总是小于1的，而制冷机的制冷系数则往 往是大于1的.在掌握效率和制冷系数的公式时，应该注意两 者在定义时有一个共同的特点，那就是都把人们所获取的效 益放在分子上，而付出的代价则放在分母上.
循环过程 卡诺循环
二、 卡诺循环
从19世纪起，蒸汽机在工业、交通运输中的 应用越来越广泛.但是蒸汽机的效率很低，只有3% ～5%，这就意味着95%以上的热量都没有得到利 用.虽然人们在结构上不断加以改进，尽量减少漏 气、散热、摩擦等因素的影响，但热机效率也只 有微小的提高.在生产需求的推动下，许多科学家 和工程师开始从理论上来研究热机的效率问题.
热量交换的情况是：系统在膨胀过程abc中内能增加，因 而将从高温热源吸收热量Q1；在压缩过程cda中内能减小，因 而将向低温热源放出热量Q2，在整个循环过程中，系统吸收的 净热量Q=Q1－Q2．因为一次循环中内能的增量ΔE=0，所以由 热力学第一定律可得
Q1－Q2=W 即系统吸收的净热量等于它对外界所做的净功. 对上式进行变形，可得
图7- 9 循环过程
循环过程 卡诺循环
因为系统(工作物质)的内能是状态的单值函数，所以每完成一 次循环，系统的内能保持不变，即dE＝0，这是循环过程的基本特 征.按过程进行的方向，可以把循环过程分为两类.在p- V图上，若 循环是沿顺时针方向进行的，则称为正循环；相反，若循环是沿逆 时针方向进行的，则称为逆循环.正循环代表热机的工作过程，蒸 汽机、内燃机等热机的工作过程都可以抽象为一个正循环过程；逆 循环代表制冷机的工作过程，冰箱、空调等制冷机的工作过程都可 以抽象为一个逆循环过程.
循环过程 卡诺循环
可见，制冷系数表示对系统做单位功时可从低温热源 吸走多少热量.显然，ε越大，制冷机的制冷效果就越好.
同样，式（7- 26）中的各个量都只代表大小.需要注意 的是，热机的效率总是小于1的，而制冷机的制冷系数则往 往是大于1的.在掌握效率和制冷系数的公式时，应该注意两 者在定义时有一个共同的特点，那就是都把人们所获取的效 益放在分子上，而付出的代价则放在分母上.
循环过程 卡诺循环
二、 卡诺循环
从19世纪起，蒸汽机在工业、交通运输中的 应用越来越广泛.但是蒸汽机的效率很低，只有3% ～5%，这就意味着95%以上的热量都没有得到利 用.虽然人们在结构上不断加以改进，尽量减少漏 气、散热、摩擦等因素的影响，但热机效率也只 有微小的提高.在生产需求的推动下，许多科学家 和工程师开始从理论上来研究热机的效率问题.
热量交换的情况是：系统在膨胀过程abc中内能增加，因 而将从高温热源吸收热量Q1；在压缩过程cda中内能减小，因 而将向低温热源放出热量Q2，在整个循环过程中，系统吸收的 净热量Q=Q1－Q2．因为一次循环中内能的增量ΔE=0，所以由 热力学第一定律可得
Q1－Q2=W 即系统吸收的净热量等于它对外界所做的净功. 对上式进行变形，可得
图7- 9 循环过程
循环过程 卡诺循环
因为系统(工作物质)的内能是状态的单值函数，所以每完成一 次循环，系统的内能保持不变，即dE＝0，这是循环过程的基本特 征.按过程进行的方向，可以把循环过程分为两类.在p- V图上，若 循环是沿顺时针方向进行的，则称为正循环；相反，若循环是沿逆 时针方向进行的，则称为逆循环.正循环代表热机的工作过程，蒸 汽机、内燃机等热机的工作过程都可以抽象为一个正循环过程；逆 循环代表制冷机的工作过程，冰箱、空调等制冷机的工作过程都可 以抽象为一个逆循环过程.
卡诺循环的四个过程公式
卡诺循环的四个过程公式卡诺循环是热力学中的一个重要概念，它描述了理想热机的工作原理。
卡诺循环包括四个过程，分别是等温膨胀过程、绝热膨胀过程、等温压缩过程和绝热压缩过程。
本文将详细介绍卡诺循环的四个过程，并给出每个过程的数学公式。
一、等温膨胀过程等温膨胀是卡诺循环的第一个过程，也是一个重要的步骤。
在等温膨胀过程中，系统与热源接触并吸热，温度保持不变。
这个过程可以用以下公式表示：Q1 = nRTln(V2/V1)其中，Q1代表系统从热源吸收的热量，n代表物质的摩尔数，R代表气体常数，T代表热源的温度，V1和V2分别代表起始和终止状态下的体积。
二、绝热膨胀过程绝热膨胀是卡诺循环的第二个过程，也是影响循环效率的重要步骤。
在绝热膨胀过程中，系统与外界不进行能量交换，即没有热量传入或传出。
根据热力学第一定律，绝热过程中气体的内能保持不变。
这个过程可以用以下公式表示：W1 = C_v(T1 - T2)其中，W1代表系统所做的功，C_v代表比热容，T1和T2分别代表起始和终止状态下的温度。
三、等温压缩过程等温压缩是卡诺循环的第三个过程，与等温膨胀过程相反，系统从工作物质中释放热量并传递给冷源。
这个过程可以用以下公式表示：Q2 = nRTln(V3/V4)其中，Q2代表系统向冷源释放的热量，n代表物质的摩尔数，R代表气体常数，T代表冷源的温度，V3和V4分别代表起始和终止状态下的体积。
四、绝热压缩过程绝热压缩是卡诺循环的最后一个过程，与绝热膨胀过程相反，系统不与外界交换能量。
这个过程可以用以下公式表示：W2 = C_v(T4 - T3)其中，W2代表系统所做的功，C_v代表比热容，T4和T3分别代表起始和终止状态下的温度。
以上就是卡诺循环的四个过程公式。
通过以上公式，我们可以计算出每个过程中的热量变化和做功情况，进而分析循环的性能和效率。
卡诺循环作为理想热机，为热力学的发展做出了重要贡献，也为实际热机的设计和优化提供了理论基础。
循环过程和卡诺循环
Q吸正循环
Q放
W
V
T1 T2
二、热机、热机效率
1.什么是热机 把热能转换为机械能的装 置称为热机，如蒸汽机、内燃 机等。
A Qab
T1
D
o
W
B C
V
Qcd T2
2.工作示意图 高温热源T1 工作物质从高温热源吸取热 量，内能增加，通过对外作功使 Q吸 内能减小，再通过向低温热源放 热，系统内能进一步减小而回到 热机 W 原来的状态。 Q放 3.热机效率 在热机工作的一个循环过程 低温热源T2 中，吸收的热量转化为机械功的 百分比称为该热机的效率。 W 功和热的量值一般均指绝对值。 由能量守恒 W Q吸 |Q放 |, Q
CV (T4 T1 )
12为绝热压缩过程
V T C
T1 V1 V2 1 T2 T4 V1 T3 V2
1
1
V T V T
34为绝热膨胀过程
1 1
1 2 1
1 1 2
V1 T3 V2 T4
例1
图中两卡诺循环
W1 W2
W1
W2
1 2 吗 ？
p
T3 W1
T1
p
T2
W1 W2
W2
T1
T2
o
1 2
V
o
1 2
2
V
等温线 绝热线
例2：两个循环过程，过程1 1—2 1 等温、2—3 绝热、3—4 等压、 P 4—1 绝热。过程2 1—2 等温、 2—3’ 等容、3’—4等压、4—1 绝 热。试比较哪个过程热机效率高。
V2 T1 V3 T2
D — A 绝热过程
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8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
三 制冷循环过程 1. 循环曲线逆时针。 系统吸热，对外做正功；返回 时，系统放热，对外做负功； 循环面积为负值（W＜0）。 高温热源
P
1
Q放
逆循环
W
o
Q吸
2
V2
V
Q放
致冷机
V1
W
2. 制冷机－热泵
是逆循环工作的 ，是通过 外界作功将低温源的热量传递到 高温源中。使低温源温度降低。 16
第八章 热力学基础
五
理想气体卡诺循环热机效率
Q放 T2 得 C 1 1 Q吸 T1
1
讨论： ⑶热机效率不能大于 1 或等于 1，只能小于 1。 •如果大于 1，W ＞ Q吸 则违反了能量守恒定律。 •如果为 1 则要么 T2＝0， 但现在的技术还不能达到绝对 0 K； 要么 T1→∞， 这是不能实现的.
2 → 3 绝热过程
p2 p4
W
4
p3
V2↑→ V3，Q23＝0， T 1↓→T2
T2
V2
o V1 V4
V
V3
V2 T1 V3 T2
1
1
20
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
四 卡诺循环 1 → 2 等温膨胀吸热
m V2 Q吸 Q12 RT1 ln M V1
2 → 3 绝热过程
Q吸
低温热源
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础 冷凝器
电冰箱工作原理
Q放
压缩机 节流阀 Q吸 冰室
17
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
p
A
Q放
c
W
高温热源
W
B
Q放
致冷机
Q吸
o
VA
d
W
Q吸
VB V
低温热源
3. 致冷机致冷系数
Q吸 Q吸 e | W | | Q放 |－Q吸
2 3
∵ 2 → 3 ，绝热过程
p2 p4
W
4
V2 T1 V3 T2
4 → 1 绝热过程
1
p3
o V1 V4
Q34T2
V2
V
V3
V1 T1 V4 T2
1
1
V2 V3 ∴有 V1 V4
23
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
理想气体卡诺循环热机效率
Q放 T2 得 C 1 1 Q吸 T1
(3CV ,m R)T1
Q吸 -|Q放 | R 效率 η 15.3% Q吸 3CV ,m 2 R
10
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
热机发展简介 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸 汽机 ，当时蒸汽机的效率极低 . 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 .
净功
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
1 mol 氦气，p2=2p1 , V4=2V1
Q12 CV ,mT1
Q34 2CV ,mT1
一个循环吸收的热量
Q23 2C p ,mT1
Q41 C p ,mT1 Q吸 Q12 Q23 T1 (3CV ,m 2 R)
或求放热 Q放 | Q34 | | Q41 | (2CV ,m C p ,m )T1
p p1
1
Q12
T1
T1 T2
2
V2 T1 V3 T2
3 → 4 等温压缩放热
1
1
p2 p4
W
4
p3
Q34 T2
V2
1
3
o V1 V4
1
V
V3
V3↓→ V4，－Q34＝－W34
4 → 1 绝热过程
V3 m Q放 Q34 RT2 ln M V4
V1 T1 V4 T2
空气标准奥托循环：是用 一定质量的空气（理想气 体）进行的准静态循环过 程。奥托机的循环曲线是 由两条绝热线和两条等容 线构成。 1→2
2→3 3→4 4→1
P
3
2
绝热线
4
a
o
吸气 排气
1
V2
V
绝热压缩；
等体吸热； 绝热膨胀； 等体放热。
V1
14
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
奥托循环效率
高温热源 T1
Q吸
A
卡诺热机
3
p2 p4
W
19
p3
T2
V2
Q放
V
o V1 V4
V3
低温热源 T2
8-5 循环过程 卡 2 等温膨胀吸热
V1↑→ V2，Q12＝W12
p p1
1
Q12
T1
T1 T2
2 3
m V2 Q吸 Q12 RT1 ln M V1
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
一 循环过程
1.什么是循环过程 热力学系统经历了一系列热力学过程后又回到初 始状态，这个过程为循环过程。 2.准静循环过程 若循环过程中每一 个状态都是由热平衡态构 成的，这个过程为准静循 环过程。
P
1 2
3.准静循环过程的特点 •经过一个循环，内能不变。
18
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
四 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
1
T1 T2
T1
4 2
2
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
一 循环过程 循环曲线逆时针。 4.逆循环：
系统吸热，对外做正功；返 回时，系统放热，对外做负 功；循环面积为负值。
P
1
Q放
逆循环
W
o
•逆循环
二 热机
制冷机
Q吸
2
V2
V
V1
把热能转换成机械能的装置称为热机，如蒸汽机、 汽车发动机等。
3
8-5 循环过程 卡诺循环
48% 25%
37%
低温热源
p
A
c
W
d
B
8%
o
VA
V6 V B
8-5 循环过程 卡诺循环 P227例1
第八章 热力学基础
1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其中 p2=2p1 , V4=2V1，求1—2、2—3、3—4、4—1各过程中 气体吸收的热量和热机的效率 .
Q W
热力学第一定律
c
W
d
VA
B
净功
W Q吸 | Q放 | Q 总吸热 Q吸
总放热
| Q放 |（取绝对值） o
V5 V B
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
2.热机效率
高温热源
W Q吸
Q吸－ Q放 Q吸
＝1 －
Q放 Q吸
Q吸
热机
W
Q放
各种热机的效率 液体燃料火箭 汽油机 柴油机 蒸汽机
4
o
V1
V4 V
Q41 C p ,mT1
一个循环吸收的热量
Q吸 Q12 Q23 T1 (3CV ,m 2 R)
W ( p2 p1 )(V4 V1 ) p1V1 RT1 RT1 RT1 W 效率 η 15.3% 9 Q吸 T1 (3CV ,m 2 R)
11
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
3.奥托热机
奥托机是德国物理 学家奥托发明的一 种热机，以其原理 制造的发动机现仍 在使用。
排 气 阀 点 火 装 置
进 气 阀
活 塞
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
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8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
3.奥托热机
萨迪.卡诺简介
萨迪.卡诺是法国青年工程 师、热力学的创始人之一，是 第一个把热和动力联系起来的 人。他出色地、创造性地用“理想实验”的思维方法， 提出了最简单，但有重要理论意义的热机循环——卡诺 循环，并假定该循环在准静态条件下是可逆的，与工质 无关，创造了一部理想的热机（卡诺热机）。卡诺的目 标是揭示热产生动力的真正的、独立的过程和普遍的规 律。1824年卡诺提出了对热机设计具有普遍指导意义的 卡诺定理，指出了提高热机效率的有效途径，揭示了热 力学的不可逆性，被后人认为是热力学第二定律的先驱。
P p2
解:热量
2 3
Q12 CV ,m (T2 T1 )
Q23 C p ,m (T3 T2 ) Q34 CV ,m (T4 T3 ) Q41 C p ,m (T1 T4 )
p1
1
4
根据图所示和气态方程，可得 p2=2p1， V2=V1；p3=2p1，V3=2V1； p4=p1，V4=2V1
•循环曲线为闭合曲线。
o
V1
V2
V
1
8-5 循环过程 卡诺循环
第八章 热力学基础
一 循环过程 3.准静循环过程的特点 •循环曲线所包围的面积 为系统做的净功。 4.正循环： 循环曲线顺时针。
P
1
Q吸
正循环