19.循环过程和卡诺循环
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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。
热力学中的循环过程与卡诺热机效率热力学是一门研究热能转换和能量传递规律的学科,而循环过程则是热力学中的一个重要概念。
循环过程是指系统经历一系列状态变化后,最终回到原始状态的过程。
而卡诺热机效率是热力学中用来衡量热机性能的一个重要指标。
热力学循环过程包括两种基本类型:隔热和可逆。
隔热循环过程是指系统与外界没有热交换,只有功交换的过程。
典型的例子是卡诺循环和斯特林循环。
可逆循环过程是指系统中的每一个状态变化都是可逆的,即可逆循环不会产生不可逆损失。
典型的例子是卡诺循环。
卡诺热机是一种理想化的热机,它由两个等温过程和两个绝热过程组成。
卡诺循环是一种最高效的热机,其效率只与工作物质的温度有关,而与具体的工作方式无关。
卡诺热机效率的公式为:η = 1 - Tc/Th其中,η代表卡诺热机的效率,Tc代表冷热源的温度,Th代表热热源的温度。
由该公式可见,卡诺热机的效率随着冷热源温差的增大而增大,同时也随着热热源温度的降低而增大。
卡诺热机效率的理论上限为1,即100%。
然而,在实际应用中,由于存在摩擦、流体阻力等不可避免的不可逆损失,实际工作热机的效率往往低于卡诺热机。
真实热机的效率与卡诺热机效率之间的比值被称为热机的实际效率。
热机的实际效率是衡量热机性能的重要指标之一。
热力学循环过程与卡诺热机效率在能量转换、能量利用以及环境保护方面有着重要的应用价值。
在能源开发和利用中,通过研究热力学循环过程,可以优化能源转换效率,提高能源利用效率。
而卡诺热机效率的研究和应用则可以为热能工程、能源管理等方面提供理论指导和技术参考。
热力学循环过程与卡诺热机效率还与环境保护紧密相关。
随着全球能源需求的增加和环境问题的日益突出,绿色能源的开发和利用成为了全球能源领域的重要课题。
而研究热力学循环过程和提高热机效率,则可以减少能源消耗和排放,降低对环境的影响。
总之,热力学循环过程与卡诺热机效率是热力学中的重要概念和指标。
研究循环过程和提高热机效率对于能源转换、环境保护和能源可持续发展具有重要意义。
4.循环过程和卡诺循环4.1循环过程17世纪末发明了巴本锅和蒸汽泵,18世纪末瓦特给蒸汽机增添了冷凝器,发明了活塞阀、飞轮、离心节速器等,完善了蒸汽机,使之真正成为动力。
其后蒸汽机被应用于纺织、轮船、火车。
瓦特伟大功绩的取得在于他对蒸汽的性能有着卓越的了解,他从经济有效性方面改进了蒸汽机。
但是他的直接后继者却致力于扩大机器的容量,尽管当时蒸汽机的效率仍然很低。
扩大容量是实际工作者的倾向,他们往往喜欢摸着石头过河,而提高经济有效性则需要具有热学理论头脑的思想者,这个人便是一位年轻的法国炮兵军官萨地·卡诺(Sadi Carnot)。
在那个时代人们对蒸汽的巨大威力已有充分的认识,但蒸汽只是能量的携带者,动力的真正来源是锅炉下面的火。
卡诺确切地把蒸汽机、内燃机等以“火”为动力的机械叫做热机,他要探索的是如何利用较少的燃料获得较多的动力,以提高热机的效率和经济效益。
我们先简单地分析一下蒸汽机的工作过程。
如图3-26所示,水泵B将水池A中的水抽入锅炉C中,水在锅炉里被加热变成高温高压的蒸汽,这是一个吸热过程。
蒸汽经过管道被送入汽缸D内,在其中膨胀,推动活塞对外作功。
最后蒸汽变为废气进入冷凝器E中凝结成水,这是一个放热过程。
水泵F再把冷凝器中的水抽入水池A,使过程周而复始,循环不已。
从能量转化的角度看,在一个工作循环中工作物质(蒸汽)在高温热源(锅炉)处吸热后增加了自己的内能,然后在汽缸内推动活塞时将它获得内能的一部分转化为机械功,另一部分则在低温热源(冷凝器)处通过放热传递给外界。
经过这一系列过程,工作物质回到原来的状态。
其它热机的具体工作过程虽然各有不同,但能量转化的情况却与上面所述类似,即热机对外作功所需的能量来源于高温热源处所吸热量的一部分另一部分则以热量的形式释放给低温热源。
为了从能量转化的角度分析各种热机的性能,我们引入循环过程及其效率的概念。
普遍地说,如果一系统由某个状态出发,经过任意的一系列过程,最后回到原来的状态,这样的过程称为循环过程。
《大学物理》作业 No.19 循环过程和卡诺循环
班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______
一、选择题
1.定量理想气体经历的循环过程用V —T 曲线表示如图,在此循环过程中,气体从外界吸热的过程是
[ ] (A) A →B. (B) B →C.
(C)C →A. (D) B →C 和C →A.
2. 如果卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图中的a b c d a 增大为 a b 'c 'd a ,那么循环a b c d a 与a b 'c 'd a 所作的功和热机效率变化情况是: [ ] (A) 净功增大,效率提高。
(B) 净功增大,效率降低。
(C) 净功和效率都不变。
(D) 净功增大,效率不变。
3.一定量某理想气体所经历的循环过程是:从初态(V 0 ,T 0)开始,先经绝热膨胀使其体积增大1倍,再经等容升温回复到初态温度T 0, 最后经等温过程使其体积回复为V 0 , 则气体在此循环过程中
[ ] (A) 对外作的净功为正值. (B) 对外作的净功为负值.
(C) 内能增加了. (D) 从外界净吸收的热量为正值.
二、 填空题 1.如图的卡诺循环:(1)abcda ,(2)dcefd ,(3)abefa ,其效率分别为:
η1= ; η2= ; η3= .
2.卡诺致冷机,其低温热源温度为T 2=300K,高温热源温度为T 1=450K,每一循环从低温热源吸热Q 2=400J,已知该致冷机的致冷系数ω=Q 2/A=T 2/(T 1-T 2) (式中A 为外界对系统作的功),
则每一循环中外界必须作功A = .
3.以理想气体为工作物质的热力学系统,经历一循环过程,回到初始状态,其内能的增量
=。
2、有一摩尔单原子理想气体,作如图所示abcda 的循环过程,整个过程由两条等压线和两条等体线组成。
设335100.2,100.4m V P P a a a -⨯=⨯=,33100.6m V b -⨯=,a c P P 100.2⨯=。
求:(1)整个循环过程系统对外作的净功?(2)此循环的效率?
2
3
3
m -)。