1、1.热机发展简介：热机发展简介：1698年萨维利、年萨维利、1705年纽可门年纽可门先后发明了先后发明了蒸汽机。但当时蒸汽机效率极低，蒸汽机。但当时蒸汽机效率极低，1765年瓦特进行了重大改进，大大提高了年瓦特进行了重大改进，大大提高了蒸汽机蒸汽机效率。效率。3.3.各种热机效率比较：各种热机效率比较：液体燃料火箭：液体燃料火箭：柴油机：柴油机：汽油机：汽油机：蒸汽机：蒸汽机：2.2.研究目的：人们一直为提高热机效率而努力。从研究目的：人们一直为提高热机效率而努力。从理论上研究热机效率问题，可指明提高热机效率的理论上研究热机效率问题，可指明提高热机效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展。方
2、向，另一方面也推动了热学理论的发展。13.3 13.3 热力学循环与卡诺定理热力学循环与卡诺定理1.1.循环过程：系统经一系列中循环过程：系统经一系列中间变化又回到初态的过程称为间变化又回到初态的过程称为热力学循环过程，简称循环。热力学循环过程，简称循环。准静态循环过程在准静态循环过程在P PV V图上对图上对应一闭合曲线。应一闭合曲线。13.3.1 13.3.1 循环过程循环过程2.2.规定：规定：P PV V 图中按顺时针进行的图中按顺时针进行的循环为正循环，循环为正循环，对应热机；对应热机；P PV V 图中按逆时针进行的图中按逆时针进行的循环为逆循环，循环为逆循环，对应致冷机。对应致冷
3、机。3 3.循环过程的功：循环过程的功：P PV V 图中图中正循环所包围的正循环所包围的“面面积积”是系统对外的净功；是系统对外的净功；P PV V 图中图中逆循环所包围逆循环所包围的的“面积面积”是外界对系统的净功；是外界对系统的净功；AB总放热：总放热：（注意：注意：取绝对值）取绝对值）总吸热：总吸热：净净 功：功：(3)热一律：热一律：(2)循环循环特征：特征：(1)AB(4)13.3.2 13.3.2 热机和致冷机热机和致冷机热机热机高温热源高温热源低温热源低温热源AB热机效率：热机效率：(5)热机热机正循环正循环AB致冷致冷机机高温热源高温热源低温热源低温热源致冷系数：致冷系数：(
4、6)致冷机致冷机逆循环逆循环13.3.3 13.3.3 卡诺循环卡诺循环 低温热源低温热源高温热源高温热源卡诺热机卡诺热机WABCD1.1.卡诺循环：由两个准静态等温过程和两个准静态卡诺循环：由两个准静态等温过程和两个准静态 绝热过程组成的循环。绝热过程组成的循环。2.理想气体卡诺循环热机效率的计算理想气体卡诺循环热机效率的计算 a b 等温膨胀：等温膨胀：吸热；吸热；b c 绝热膨胀：绝热膨胀：c d 等温压缩：等温压缩：放热；放热；d a 绝热压缩：绝热压缩：Wabcd卡诺循环对应的过程：卡诺循环对应的过程：a b 等温膨胀吸热等温膨胀吸热:(1)(2)c d 等温压缩放热：等温压缩放热：
5、b c 绝热过程：绝热过程：(3)d a 绝热过程：绝热过程：(4)(5)WABCD(3)、(4)(6)结论：结论：卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个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环的效率越高.卡诺热机效率：卡诺热机效率：(7)Wabcd高温热源高温热源低温热源低温热源卡诺致冷机卡诺致冷机3.卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机（卡诺逆循环）Wabcd卡诺致冷机卡诺致冷机致冷致冷系数：系数：(8)图中两卡诺循环图中两卡诺循环 吗吗？讨讨 论：论：例题例题13.3.1 1mol13.3.1 1m
6、ol氧气经历如图氧气经历如图13.1313.13所示循环过程，所示循环过程，其中其中 ，试求：，试求：(1)(1)，和，和 各过程气体吸收或释放的热量；各过程气体吸收或释放的热量；(2)(2)该循环对应的热机效率。该循环对应的热机效率。解：分析解：分析 由理想气体物由理想气体物态态方方程、程、过过程方程及程方程及热机效率关热机效率关系式可求：系式可求：为为等体升等体升压过压过程，程，该过该过程吸收的程吸收的热热量量为为：为为等等压压膨膨胀过胀过程，程，该过该过程吸收的程吸收的热热量量为为：为为等容降等容降压过压过程，程，该过该过程程释释放的放的热热量量为为：为为等等压压缩过压压缩过程，温度降低
7、程，温度降低释释放放热热量量为为：(2)(2)循环过程气体对外做的功及循环过程气体对外做的功及热机效率热机效率：整个循环过程吸收总热量为：整个循环过程吸收总热量为：解：分析解：分析 由卡由卡诺热诺热机效率可直接求解，机效率可直接求解，于是得到于是得到 锅炉的效率为锅炉的效率为：例题例题13.3.2 13.3.2 设蒸汽机车的锅炉温度为设蒸汽机车的锅炉温度为 ，其，其冷却器温度为冷却器温度为 ，若将锅炉的循环视为理想气，若将锅炉的循环视为理想气体准静态卡诺正循环，试求锅炉的效率。体准静态卡诺正循环，试求锅炉的效率。注意：实际蒸汽机的效率远小于上述结果。由于锅注意：实际蒸汽机的效率远小于上述结果。
8、由于锅 炉内燃料燃烧的热量只有部分转变为蒸汽的热能，、炉内燃料燃烧的热量只有部分转变为蒸汽的热能，、再加上各种损耗，蒸汽机车的最高效率只有再加上各种损耗，蒸汽机车的最高效率只有8%8%9%9%。目前效率较低的蒸汽机车已被内燃机车、电力机车、目前效率较低的蒸汽机车已被内燃机车、电力机车、动车组取代。动车组取代。例例13.3.3 13.3.3 设电冰箱置于室温设电冰箱置于室温 的房间内，冷藏的房间内，冷藏室的温度维持在室的温度维持在 ，由于冰箱老化密封性能欠佳，由于冰箱老化密封性能欠佳，每天有每天有 热量传递到电冰箱内。设电冰箱的制热量传递到电冰箱内。设电冰箱的制冷题系数为卡诺制冷机制冷系数的冷题系数为卡诺制冷机制冷系数的55%55%，若要使冷藏，若要使冷藏室的温度维持在室的温度维持在 ，试求电冰箱压缩机每天做的功，试求电冰箱压缩机每天做的功及功率。及功率。解：分析解：分析 由题意已知电冰箱制冷系数，故由由题意已知电冰箱制冷系数，故由卡诺制卡诺制冷机制冷系数及冷机制冷系数及制冷系数定义，带入已知数据可求对制冷系数定义，带入已知数据可求对应功及功率如下：应功及功率如下：
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