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循环过程6

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(2)循环过程

(2)循环过程
1
准静态循环过程旳描述
以蒸汽机为例
高温热源（热库）
在整个循环过程中 系统对外做净功：
Q1
锅炉 蒸汽
A A1 A2
A2
泵
A1
系统吸收旳净热量： Q Q1 Q2
水 冷凝器
汽缸
整个循环过程旳特征 从初态出发经过一种
Q2
低温热源（冷库）
循环过程回到原来状态后，系统旳内能不变
E E2 E1 0
=1－300/400=25%
Q1=A/ =8000/0.25=32023(J)
Q2=Q1－A=24000(J)
0
a d Q2
Q1 b
c 15 V
(1) 据题意Q'2=Q2=24000J
P a'
A' =10000J
a
Q'1= Q'2+ A'=Q2+ A'=34000J
Q'1
b' Q1 b
∴ ' = A'/ Q'1
提高c
T1 T2
提升高温热源旳温度现实些
9
3)理论阐明低温热源温度
阐明热机效率 c 1
进一步阐明
T2 0 且有 T2 T1
且只能 c 1
热机循环不向低温热源放热是不可能旳
热机循环至少需要两个热源
4)疑问：由热一定律，在循环过程中,假如 1
相当于把吸收旳热量全作功。从能量转换看 不 违反热力学第一定律，但为何实际做不到？
阐明:必然还有一种独立于热力学一定律旳定律 存在。 这就是热力学第二定律。
10
四、卡诺致冷机
卡诺热机作逆循环就叫卡诺致冷机
卡诺致冷机旳制冷系数

循环过程：系统经过一系列状态变化过程以后,又回到原来状态的过程。 循环特征：系统经历一个循环之后,内能

循环过程：系统经过一系列状态变化过程以后,又回到原来状态的过程。 循环特征：系统经历一个循环之后,内能

在上述高温压缩气体中，用电火花或其他方式引起气
体燃烧爆炸，气体压强随之骤增，由于爆炸时间短促，
活塞在这一瞬间移动的距离极小，这 p
近似是个等体过程（图中过程cd）。
d
这一巨大的压强把活塞向右推动而作
功，同时压强也随着气体的膨胀而降 c 低，爆炸后的作功过程可看成一绝热
e
过程（图中过程de）。
p0
a
b
(1)吸入燃料过程
气缸开始吸入汽油蒸气及
c
助燃空气，此时压强约等于
e
1.0105Pa ，这是个等压过程
p0
a
b
（图中过程ab）。
O
V0
VV
上页 下页 返回 退出
(2)压缩过程
活塞自右向左移动，将已吸入汽缸内的混合气体加以
压缩，使之体积减小，温度升高，压强增大。由于压缩较
快，汽缸散热较慢，可看作一绝热过程（图中过程bc）。 (3)爆炸、作功过程
亦即
Te
Td
Tb
Tc


V0 V
1

p
d
1
1
1
1 1
1

V V0

r
c
e
式中r= V/V0叫做压缩比。
p0
a
O
V0
b VV
上页 下页 返回 退出
计算表明，压缩比愈大，效率愈高。汽油内燃机
的压缩比不能大于7，否则汽油蒸气与空气的混合气 体在尚未压缩至c点时温度已高到足以引起混合气体
上页 下页 返回 退出
例题6-5 内燃机的循环之一——奥托循环。内燃机利 用液体或气体燃料,直接在气缸中燃烧,产生巨大的压 强而作功。内燃机的种类很多,我们只举活塞经过四 个过程完成一个循环(如图)的四动程汽油内燃机(奥 托循环)为例。说明整个循环中各个分过程的特征,并 计算这一循环的效率。

循环过程卡诺循环

循环过程卡诺循环
在理想情况下，其热机
1
1 T4 T1 1 V1
T3 T2
V2
效率为：
1
1 8
1.4
1
56%
9
例2：一热机以1mol双原子分子气体为工作物质，循
环曲线如图所示，其中AB为等温过程，TA=1300K，
TC=300K。求①.各过程的内能增量、功、和热量；
②.热机效率。
P
A
等温线
解：① AB为等温膨胀过程
(3)循环曲线所包围的面积为系统做的净功。
2
2.正循环与逆循环 •正循环 热机
在一般情况下，系统要将
P 1
Q吸
正循环
从某些高温热源处吸收热量，
部分用来对外作功，部分在某
些低温热源处放出，而系统回
到原来的状态。
o
•逆循环 制冷机
P
循环曲线逆时针。
A
Q放
V1
2
V2
V
1 Q放
在一般情况下，对于逆循环
过程，通过外界对系统作功，系
2.需要两个热源，高温源 T1和低温源T2。
3.不计摩擦、热损失及漏 气，视为理想热机。
4 o
等温线
T1 2 绝热线
T2 3 V
4.热机效率为：
动
画
1 T2
T1 13
1 2 等温膨胀过程
V2 V1 Q12 0
3 4 等温收缩过程
V4 V3 , Q34 0
Q12
吸热
Q34
放热
RT1 RT2
T A T B 1300 K
E AB QAB
0 AAB
RTA
ln
VB VA
C
o 0.5

循环的四个环节8个步骤

循环的四个环节8个步骤
PDCA循环的四个环节8个步骤
PDCA循环的四个环节8个步骤
8.标准化 提出未解决的问题
7.分析调查效果 Ａ
1.分析现状，找出问题 2.制定目标，作成计划
Ｐ 3.分析产生问题的原因
6.调查效果
Ｃ
4.找出影响问题的主要因素决定
Ｄ
对策方法
5.执行作成计划
PDCA循环的特点
PDCA循环，可以使我们的思想方法和工作步骤更 加条理化、系统化、图像化和科学化。它具有如 下特点：
步骤二：分析产生题目的原因︰找准题目后分析 产生题目的原因至关重要，运用头脑风暴法等多 种集思广益的科学方法，把导致题目产生的所有 原因统统找出来。 鱼骨分析法
鱼骨分析法
鱼骨分析法，又名因果分析法，是一种发 现问题“根本原因”的分析方法。
类型：
A、整理问题型鱼骨图（各要素与特性值间不 存在原因关系，而是结构构成关系）；
步骤八：处理遗留题目。所有题目不可能在一个PDCA 循环中全部解决，遗留的题目会自动转进下一个PDCA 循环促进，推动大循 环
PDCA循环是爬楼梯上升式的循环，每转动一周， 质量就提高一步
PDCA循环是综合性循环，4个阶段是相对的，它 们之间不是截然分开的。
PDCA循环的八个步骤
步骤一：分析现状，找出题目︰强调的是对现状 的把握和发现题目的意识、能力，发掘题目是解 决题目的第一步，是分析题目的条件。
B、原因型鱼骨图（鱼头在右，特性值通常以 “为什么……”来写）；
C、对策型鱼骨图（鱼头在左，特性值通常以 “如何提高/改善……”来写）。
PDCA循环的八个步骤
步骤三：要因确认。区分主因和次因是最 有效解决题目的关键。
“20﹕80”原则，即根据经验规律，20%的原 因往往产生80%的问题。

循环过程

循环过程

锅炉
按卡诺循环计算：
C 1 273 30 64.5%
273 580
36 实际最高效率： %
发电机
冷凝塔
非卡诺循环、散热、摩擦等 原因：
12
2.卡诺逆循环的致冷系数：
取绝对值
Q2 Q2 T2 wC W Q1 Q2 T1 T2
取绝对值
100 5 1
若T1 = 293 K(室温),
C V
ＣＡ为等温过程E 0
WCA QCA 400 J
8
W =WAC WABC
WABC 500 J
卡诺循环（Carnot cycle ）
一、卡诺循环
卡诺循环：只和两个恒温热库传递热量并对外作 功的准静态、无摩擦循环。卡诺循环是由两个等 温过程和两个绝热过程组成的理想化循环。 不计摩擦、热损失及漏气，视为理想热机。
P
1
高温热库T1
Q1
绝热
4
2 等温T1
Q1
Q2
绝热
W Q1 Q2
Q2
卡诺循环
3
等温T2
V1 V4 V2 V3
V
低温热库T2 卡诺循环能流图
9
二、卡诺循环的效率
1→2 等温膨胀过程，吸热 Q1 = W= RT1 ln(V2/V1) 3→4 等温压缩过程，放热
P
1
Q1
绝热
4
2 等温T1
绝热
| Q2 | RT2 ln(V3 / V4 )
(3) 如果提高高温热源的温度，让热机仍工作在与 (1)相同的两条绝 热线之间，但每次循环净功比(1)增加20，求此时高温热源的温度。
W T2 0 W Q1 1500J 解 : (1) 1 25 0 Q1 T1 Q2 Q1 W 4500J T2 Q2 (2) w 3 Q1 8000 J w 3 T1 T2 Q1 Q2

循环过程和卡诺循环

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

循环过程


Q1= Q2+W
3
三、热机和热机循环
锅炉（高温热库）
T1 Q1
气
· p Ⅰ
Q1 a
W2 泵
缸 W1
b
Q2
·Ⅱ
T2 Q2
冷凝器（低温热库）
O
V
正循环(循环沿顺时针方向进行)
（系统对外作功）
正循环也称为热机循环
三、热机和热机循环 根据热力学第一定律，有
热机的
Q1
高温热源
Q1
热机
W
Q2
低温热源
四、制冷机和制冷循环
Q1
· p Ⅰ
Q1 a
热冷交凝换器器
节流阀
WA2
压缩机
冷库
W1
b
Q2
·Ⅱ
O
V
Q2
热学24
（系统对外作负功）
逆循环也称为致冷循环
四、制冷机和制冷循环 致冷机的致冷系数定义为：
Q2
W
Q2
Q1 Q2
致冷系数的意义：外界每消 耗一个单位的功能从低温热源 吸取多少热量。
循环反应, 破坏 O3 分子
一 、 循环过程
如果系统从某一平衡态开始，经过一系列的变化过
程，又回到初始状态，这样的周而复始的变化过程称
为循环过程，简称循环。
1( p1,V1,T1 ) ( pi ,Vi ,Ti ) 1( p1,V1,T1 )
循环过程的特征：内能不发生变化。p a
b
E 0
热力学第一定律 Q W
d
Q1
系统从外界吸收的总热量 o
Q2
系统放出的总热量（取绝对值）
c
V
Q Q1 Q2 W
系统对外所作净功

6-3循环过程 卡诺循环


P
Pb Vcγ −1 = γ −1 > 1 Pc Va Pb > Pc
故这两条绝热线和等温线不可能再相交! 故这两条绝热线和等温线不可能再相交
反证法: 反证法
图上, 假设在一张 P V 图上 一条绝 热线和一条等温线有两个交点! 热线和一条等温线有两个交点 方法2: 方法 用热一律 等温过程: 等温过程 QT = AT 循环过程: 循环过程 Q = A AT — 等温线下的面积
P
I
II o V
P
A净 = 循环曲线包围的面积 A净 = Q净 = Q吸 − Q放
循环(热机 热机) 顺时针 → 正循环 热机 循环(制冷机 制冷机) 反时针 → 逆循环 制冷机
o
V
二.热机 制冷机 热机
1. 热机
应用程序
热机效率
锅炉, 气缸, 构造: 构造 O: 锅炉 B: 气缸 C: 冷凝器 D: 水泵 冷凝器, 工作过程: 工作过程 水在锅炉内加热, 水在锅炉内加热 产生 高温高压气体(吸热过 高温高压气体 吸热过 O 程), 进入气缸 B; 推动 活塞对外作功(内能减 活塞对外作功 内能减 Q1 少), 然后进入冷凝器 (向低温热源放热 最 向低温热源放热), 向低温热源放热 后将水泵入锅炉, 后将水泵入锅炉 进入 下一循环…… 下一循环
Q1
： O；电动压缩泵 B：冷凝器 ； C毛细管 D；蒸发器 毛细管 ； E工作物质：R--12（CCl2F2 工作物质： 工作物质 （ (现已不用，用无氟制冷剂） 现已不用， 现已不用
O
应用程序
2. 致冷系数
致冷机（ 循环） 致冷机（逆循环）A < 0
A
p
c
高温热源
W
d

循环过程

大学物理热力学第7讲循环过程循环过程: 系统经历了一系列状态变化过程以后,又回到原来状态的过程.蒸汽机的工作原理循环特征: 经历一个循环过程后, 内能不变.0Δ=EaIb 为膨胀过程: bIIa 为压缩过程: 净功:bIIa aIb >−=W W W 结论: 在任何一个循环过程中, 系统所做的净功在数值上等于p –V 图上循环曲线所包围的面积.aIbW bIIaW −a II I p bb p a a 气体做功:循环过程的分类:正循环: 在p –V 图上循环过程按顺时针进行.逆循环: 在p –V 图上循环过程按逆时针进行.热机: 工作物质作正循环的机器.制冷机: 工作物质作逆循环的机器.设: 系统吸热Q 1, 系统放热Q 2循环过程的热力学第一定律:WQ Q =−21WQ Q =−放吸Q W 在一次循环过程中, 工作物质对外作的净功与它从高温热源吸收的总热量之比.Ø热机效率热机效率吸Q W =η制冷过程: 外界作功W , 系统吸热Q 吸,放热Q 放.吸放Q Q W −=制冷系数:吸放吸吸Q Q QW Q −==εØ制冷系数W例题 3.2×10 -2kg 氧气作ABCD 循环. A →B 和C →D 都为等温过程, 设T 1 = 300 K , T 2 = 200 K , V 2V 2V 1V 解: 121ln V V RT M m W Q AB AB ==)(25Δ12T T R M m E Q BC BC −==吸热放热212ln V V RT M m W Q CD CD ==DA DA E Q Δ=吸热放热)(2521T T R M m −=DA AB CD AB Q Q W W Q W ++==1η)(25ln ln ln 21121212121T T V V T V V T V V T −++=%15=。

热学循环过程卡诺循环


1.卡诺机必须有两个热源。两个热源的温度差才是热 动力的真正源泉热机效率与工作物质无关，只与两热 源温度有关。
例如：波音飞机不用价格较贵的高标号汽油作燃料，而采用航 空煤油作燃料。 16
2.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。 T2 0 或 T1 •如果为 1 则 现在的技术还不能达到绝对 0 K； T1 这是不能实现的， 因此热机效率只能小于 1！ 3.提高热机效率的方法。
EBC CV (TC TB ) 20775 J P ABC P(VC VB ) R(TC TB )
1 8.31 (300 1300) 8310 J
QBC CP (TC TB )
7 1 8.31 (300 1300) o 2 29085 J 放热 或由热力学第一定律 Q E A
8
CV (T1 T4 ) T4 T1 1 1 CV (T3 T2 ) T3 T2 1 12为绝热压缩过程 V T C 1 T1 V1 1 1 V2 T1 V1 T2 T2 V2
34为绝热膨胀过程
1 1
A
等温线 TA 1300K
C
Tc 300K
B
0 .5
5 V ( m3 )
ACA 0 5 QCA ECA CV ( TA TC ) 1 8.31 (1300 300) 2 20775 J 吸热 11
CA为等容升压过程
QBC 20775 8310 29085 J 放热
一个循环中的内能增量为：
|Q放 | ②.热机效率 1 Q吸 P
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每分钟作功为
T1 T2 30
A＝15 103 60J 9 105 J
所以每分钟作功从冷藏室中吸取的热量为
Q2＝23603 9 105 J 7.89 106 J
此时,每分钟向温度为200C的物体放出的热量为
Q1 Q2 A 8.79 106 J
V2=44.8×10-3m3，p2=1.013×105Pa， BC为等压过程，CA 为等体过程。
试求：①该循环的效率；②该循 p1
AB为等温过程，
p A
环中，哪一个状态的温度最高？
哪一个状态的温度最低？③说明 在上述最高温度和最低温度之间
p2
C
B
作怎样的循环其效率将最高？ 解： (1) A→B，等温膨胀过程
高温热源
A ，使工质从某些
Q1
低温热源吸热 Q2 ，工质
再向某些高温热源
（外界）放热 Q1 工质净吸热
Q Q2 Q1
Q2
低温热源
p
a
逆循环
A
Q1
Q2
b
AO
V
致冷系数：从低温热
源吸收的热量Q2与外界 对工质作的正功A之比
外界对工质作功
A Q Q1 Q2
Q2 Q2
A Q1 Q2
电冰箱工作原理（工质为氨或氟里昂）
O V1 V2 V
5 R( p2V2 p2V1 ) 5672J 2 R R
总吸热 Q1 QAB QCA 8817J
循环效率
1
1
Q2 Q1
总放热 Q2 QBC 7940J
9.9%
(2)
TA TB
p2V2
R
546K
温度最高
TC
p2V1
R
273K
温度最低
p p1 A
p2 C O V1
O V1 V2 V
E 0
吸热
QAB
AAB
RTB
ln V2 V1
R( p2V2 ) ln V2 R V1
3145J
B →C，等压压缩过程
QBC C p,m (TC TB )
放热
p p1 A
7 R( p2V1 p2V2 ) 7940J 2 R R
p2 C
B
C →A，等体过程
吸热
QCA E CV ,m (TA TC )
热机效率：一次循环过程中， 工质对外作的净功A占从高温 热源吸收热量Q1的比例，即
A Q1 Q2 1 Q2
Q1
Q1
Q1
p
正循环
a
Q1
A
Q2
b
说明：
O
V
Q1包括整个循环过程中吸收的热量（即总吸热）； Q2包括整个循环过程中放出的热量（即总放热） 。
3.逆循环——致冷循环
过程组成 外界对工质作功
循环包括：正循环--热机
逆循环--致冷机
2.正循环——热力循环
过程组成
高温热源
热机进行热功转 换的媒介物质
Q1
工质
工质净吸热
Q Q1 Q2
工质对外作净功
A Q Q1 Q2
Q2
低温热源
p
正循环
a
Q1
A
Q2
b
O 逆循环 V
A 工质从某些高温 热源吸热 Q1，向 某些低温热源放
热 Q2，对外作功 A
Q1
d Q2
b T1
c T2
Qcd
M
RT2
ln
Vd Vc
M
RT2
ln
Vc Vd
O
高温热源T1
V
bc和da： Q 0
Q1
效率： Q1 Qab Q2 Qcd
c
1
Q2 Q1
1 T2 lnVc /Vd T1 lnVb /Va
Q2
A Q1 Q2
低温热源T2
c
1
T2 T1
lnVc lnVb
/ Vd / Va
①氨气由压缩机A绝热压缩成高 温(70℃)、高压(9×105Pa)液体
②液体经冷凝器(高温热源)等 压冷却，放出热量Q1而冷凝成 液态氨(20℃)
③常温高压液体经过节流阀降压 (3×105Pa) 、降温并部分汽化
④低温低压液氨进入蒸发器(低温热源)，由于压缩机的 抽吸作用因而压力更低；液氨吸收热量Q2并发生汽化； 汽化的低温(- 20℃)低压氨被吸入压缩机A。
由绝热过程方程有：
T1Vb 1 T2Vc 1
T1Va 1 T2Vd 1
Vb Vc Va Vd
pa
Q1
b T1
c d Q2
T2
O
V
c
1
T2 T1
lnVc lnVb
/ Vd / Va
Байду номын сангаас
1 T2 T1
卡诺循环效率：
c
1
T2 T1
结论：卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定。
卡诺致冷机
卡诺致冷系数
二、卡诺循环 ——理想的热机循环
工质为理想气体，只和两个恒温热库交换 热量的准静态循环
由两个等温过程 p
和两个绝热过程
等温膨胀过程
a 绝热膨胀过程
组成的循环
绝热压缩过程
b T1
d
c T2
O 等温压缩过程 V
热量交换：
pa
ab：从高温热源T1吸热Qab
Qab
M
RT1
ln
Vb Va
cd：向低温热源T2放热Qcd
B V2 V
(3) 由于在两热源之间，卡诺热机的效率最高，则
2
1
T2 T1
50%
1
例4 有一卡诺制冷机，从温度为-100C的冷藏室吸取热 量，而向温度为200C的物体放出热量。设该制冷机所 耗功率为15kW，问每分钟从冷藏室吸取热量为多少？
解:T1=293K,T2=263K,则
T2 263
⑶对于致冷循环中，要明确致冷对象 （可以在不止一个对象中吸热），Q2 是指从要致冷的对象中吸收的总热量
⑷对于卡诺循环，根据高温和低温热源
1 Q2
Q1
A
Q2 A Q2 Q2
A Q1 Q2
温度计算
c
1
T2 T1
c
T2 T1 T2
[例1]1mol氧气作如图循环，图中V1=22.4×10-3m3，
高温热源T1
Q1
A Q1 Q2 Q2
低温热源T2
pa
Q1
d Q2
O
b T1
c T2
V
Q2
Q1 Q2
c
T2 T1 T2
热机循环效率和致冷机致冷系数解题思路
⑴画出循环过程的p-V图，弄清工质在各 过程中吸热、放热及做功的情况
A
Q1
⑵根据内能、热量、功的计算式和热力 学第一定律，计算出循环过程中吸热、 放热和做功的值