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1、第五章 熱力學(xué)第一定律(4),熱機(jī)發(fā)展簡介 1698年薩維利和1705年紐可門先后發(fā)明了蒸汽機(jī)，當(dāng)時蒸汽機(jī)的效率極低。1765年瓦特進(jìn)行了重大改進(jìn) ，大大提高了效率。人們一直在為提高熱機(jī)的效率而努力，從理論上研究熱機(jī)效率問題，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推動了熱學(xué)理論的發(fā)展 .,7 循環(huán)過程和卡諾循環(huán),熱機(jī) ：持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器 .,工作物質(zhì)（工質(zhì)）：熱機(jī)中被利用來吸收熱量并對外做功的物質(zhì) .,冰箱循環(huán)示意圖,系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化狀態(tài)過程后，又回到原來的狀態(tài)的過程叫熱力學(xué)循環(huán)過程 .,一、循環(huán)過程及其效率,如果循環(huán)是準(zhǔn)靜態(tài)過程，在PV 圖上就構(gòu)成一閉合曲線,系統(tǒng)（工質(zhì)）對外所作
2、的凈功,正循環(huán)、逆循環(huán),正循環(huán)(循環(huán)沿順時針方向進(jìn)行),逆循環(huán)(循環(huán)沿逆時針方向進(jìn)行),（系統(tǒng)對外作功）,Q1,Q2,a,b,根據(jù)熱力學(xué)第一定律，有,（系統(tǒng)對外作負(fù)功）,正循環(huán)也稱為熱機(jī)循環(huán),逆循環(huán)也稱為致冷循環(huán),Q1,Q2,a,b,熱機(jī)效率和致冷機(jī)的致冷系數(shù),熱機(jī)效率,熱機(jī)（正循環(huán)）,熱機(jī)效率=,致冷機(jī)致冷系數(shù),致冷機(jī)（逆循環(huán)）,例 1 1 mol 氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其中 , 求12、23、34、41各過程中氣體吸收的熱量和熱機(jī)的效率 .,解 由理想氣體物態(tài)方程得,例:汽油機(jī)可近似看成如圖循環(huán)過程(Otto循環(huán))，其中1 2和3 4為絕熱過程，求此循環(huán)效率。,解: 系統(tǒng)在一個奧托循
3、環(huán)中從 外界吸收的熱量Q1和向外界釋放 的熱量Q2 分別為,根據(jù)熱機(jī)效率的定義，有,因為12和34都是絕熱過程，所以有,由此可得,所以,式中V1/V2稱為絕熱壓縮比。由上式可以看出，奧 托循環(huán)的效率完全決定于絕熱壓縮比。,卡諾循環(huán)是由兩個準(zhǔn)靜態(tài)等溫過程和兩個準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程組成 .,二、卡諾循環(huán)及其效率,1824 年法國的年青工程師卡諾提出一個工作在兩熱源之間的理想循環(huán)卡諾循環(huán). 給出了熱機(jī)效率的理論極限值; 他還提出了著名的卡諾定理.,理想氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的計算,A B 等溫膨脹 B C 絕熱膨脹 C D 等溫壓縮 D A 絕熱壓縮,卡諾循環(huán),A B 等溫膨脹吸熱,C D 等溫壓縮放熱,D
4、 A 絕熱過程,B C 絕熱過程,A B 等溫膨脹吸熱,卡諾熱機(jī)效率,卡諾熱機(jī)效率與工作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個熱源的溫度有關(guān)，兩熱源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高 .,卡諾致冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）,卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù),圖中兩卡諾循環(huán) 嗎 ？,只與T1和T2有關(guān) 與物質(zhì)種類、膨脹的體積無關(guān),提高高溫?zé)嵩吹臏囟痊F(xiàn)實些。,2 ) 理論指導(dǎo)作用,1 )卡諾熱機(jī)效率,進(jìn)一步說明 熱機(jī)循環(huán)不向低溫?zé)嵩捶艧崾遣豢赡艿?熱機(jī)循環(huán)至少需要兩個熱源,3)理論說明低溫?zé)嵩礈囟萒2 0 說明熱機(jī)效率,且只能,總結(jié)：,1）完成一次卡諾循環(huán)必須有溫度一定的高溫和低溫?zé)嵩矗?2）卡諾循環(huán)的效率只與兩個熱源溫度有關(guān)；,3）卡諾循環(huán)
5、效率總小于1；,4）在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的工作的一切熱機(jī)中，卡諾循環(huán)的效率最高。,例 一臺電冰箱放在室溫為 的房間里 ，冰箱儲藏柜中的溫度維持在 . 現(xiàn)每天有 的熱量自房間傳入冰箱內(nèi) , 若要維持冰箱內(nèi)溫度不變 , 外界每天需作多少功 , 其功率為多少? 設(shè)在 至 之間運轉(zhuǎn)的致冷機(jī) ( 冰箱 ) 的致冷系數(shù)是卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)的 55% .,由致冷機(jī)致冷系數(shù) 得,房間傳入冰箱的熱量 熱平衡時,保持冰箱在 至 之間運轉(zhuǎn), 每天需作功,功率,*例 v 摩爾的單原子分子理想氣體，經(jīng)歷如圖的熱力學(xué)過程，求在該過程中，放熱和吸熱的區(qū)域。,例 1摩爾的單原子分子理想氣體，經(jīng)歷如圖的順時針循環(huán)，試求該循環(huán)的效率。,吸熱,放熱,過渡點,求出放熱、吸熱的過渡點,V (10-3m3),P(105Pa),O,1,3,1,3,A,B,C,D,1mol單原子理想氣體經(jīng)歷了一如下圖的準(zhǔn)靜態(tài)過程，求：熱機(jī)的效率。,作業(yè)：第五章習(xí)題 9，11，13，15，18，21，22 28，29，32，33,
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