熱機(jī)與 循環(huán)過程

1、第二講 熱機(jī)與循環(huán)過程2-0. 回顧2-1. 熱機(jī)與循環(huán)2-2. 循環(huán)過程：正循環(huán)和逆循環(huán)2-3. 熱機(jī)效率和制冷系數(shù)2-5. 卡諾循環(huán)2-0 回顧2-1 熱機(jī)與循環(huán) 1698年薩維利和1705年紐可門先后發(fā)明了蒸汽機(jī) ，當(dāng)時(shí)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(dòng)了熱學(xué)理論的發(fā)展 .各種熱機(jī)的效率液體燃料火箭柴油機(jī)汽油機(jī)蒸汽機(jī)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(lái)吸收熱量并對(duì)外做功的物質(zhì) .實(shí)例：火力發(fā)電廠的熱力循環(huán)

2、水泵W1W2 Q1鍋爐 汽輪機(jī)冷凝器電力輸出Q2 絕熱VO|Q2| p飽 pQ1W冷凝塔發(fā)電機(jī)水泵除塵器渦輪傳送帶鍋爐空氣碾磨機(jī)煙筒水管噴射給水器現(xiàn)代火力發(fā)電廠結(jié)構(gòu)示意圖冰箱循環(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(lái)的狀態(tài)的過程叫熱力學(xué)循環(huán)過程 .熱力學(xué)第一定律凈功特征2-2 循環(huán)過程AB循環(huán)過程中每一個(gè)狀態(tài)都是由熱平衡態(tài)構(gòu)成的，這個(gè)過程為準(zhǔn)靜循環(huán)過程?？偽鼰峥偡艧幔ㄈ〗^對(duì)值）2-3 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)）AB高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2致冷機(jī)致冷系數(shù)致冷機(jī)（逆循環(huán)）AB高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2室外室內(nèi)熱泵：空調(diào)機(jī)不僅可以制冷，而且也可制熱。將其稱為熱泵。高溫?zé)?/p>

3、源T1低溫?zé)嵩碩2室外室內(nèi)供暖系數(shù)：例如：一臺(tái)制冷系數(shù)為 3 的空調(diào)，其供暖系數(shù)為 4，即壓縮機(jī)做一份功，可獲得 4份熱量。1423 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1423例2：奧托機(jī)是德國(guó)物理學(xué)家奧托發(fā)明的一種熱機(jī)，以其原理制造的發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)仍在使用。奧托機(jī)的循環(huán)曲線是由兩條絕熱線和兩條等容線構(gòu)成。證明：熱機(jī)效率為a解：2-3為等容吸熱過程4-1為等容放熱過程a熱機(jī)效率1-2為絕熱壓縮過程3-4為絕熱膨脹過程a討論：一般為8，如采用雙原子分子氣體為工作物質(zhì)，在理想的情況下，其熱機(jī)效率

4、為：稱為壓縮比a2-4 卡諾循環(huán) 薩迪.卡諾是法國(guó)青年工程師、熱力學(xué)的創(chuàng)始人之一，是第一個(gè)把熱和動(dòng)力聯(lián)系起來(lái)的人。 他出色地、創(chuàng)造性地用“理想實(shí)驗(yàn)”的思維方法，提出了最簡(jiǎn)單，但有重要理論意義的熱機(jī)循環(huán)卡諾循環(huán)，并假定該循環(huán)在準(zhǔn)靜態(tài)條件下是可逆的，與工質(zhì)無(wú)關(guān)，創(chuàng)造了一部理想的熱機(jī)（卡諾熱機(jī)）。 卡諾的目標(biāo)是揭示熱產(chǎn)生動(dòng)力的真正的、獨(dú)立的過程和普遍的規(guī)律。1824年卡諾提出了對(duì)熱機(jī)設(shè)計(jì)具有普遍指導(dǎo)意義的卡諾定理，指出了提高熱機(jī)效率的有效途徑，揭示了熱力學(xué)的不可逆性，被后人認(rèn)為是熱力學(xué)第二定律的先驅(qū)。 卡諾循環(huán)是由兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)等溫過程和兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程組成 .低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)WABCD A

5、B 等溫膨脹 B C 絕熱膨脹 C D 等溫壓縮 D A 絕熱壓縮WABCD 理想氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的計(jì)算 D - A絕熱過程：B - C 絕熱過程： 與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，只與兩個(gè)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 . 1.熱機(jī)效率不能大于 1 或等于 1，只能小于 1。如果為 1 則或，均不能實(shí)現(xiàn)因此熱機(jī)效率只能小于 1。如果大于 1，W Q1 則違反了能量守恒定律。2.提高熱機(jī)效率的方法。使越小越好，提高高溫?zé)嵩礈囟取Ｈ纾禾沾砂l(fā)動(dòng)機(jī)討論：WABCD 卡諾致冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2室外室內(nèi) 圖中兩卡諾循環(huán) 嗎 ？討 論 例3 一臺(tái)電冰箱放在室溫為 的房間里 ，冰箱儲(chǔ)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(yùn)