6-6循環過程卡諾循環

歷史上，熱力學理論最初是在研究熱機工作過程的基礎上發展起來的。

熱機發展簡介

1698年薩維利和1705年紐可門先后發明了蒸汽機，當時蒸汽機的效率極低，1765年瓦特進行了重大改進，大大提高了效率。人們一直在為提高熱機的效率而努力，從理論上研究熱機效率問題，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推動了熱學理論的發展。各種熱機的效率液體燃料火箭柴油機汽油機蒸汽機6-6循環過程卡諾循環歷史上，熱力學理論最初是在工作物質（工質）：熱機中被利用來吸收熱量并對外做功的物質.工作物質（工質）：熱機中被利用來吸收熱量并對冰箱循環示意圖冰箱循環示意圖若循環的每一階段都是準靜態過程，則此循環可用P-V圖上的一條閉合曲線表示。箭頭表示過程進行的方向。工質在整個循環過程中對外作的凈功等于曲線所包圍的面積。

在熱機中被用來吸收熱量并對外作功的物質叫工質。工質往往經歷著循環過程，即經歷一系列變化又回到初始狀態。

沿順時針方向進行的循環稱為正循環或熱循環。沿反時針方向進行的循環稱為逆循環或制冷循環。若循環的每一階段都是準靜態過程，則此循環可用P-正循環的特征：一定質量的工質在一次循環過程中要從高溫熱源吸熱Q1，對外作凈功|W|，又向低溫熱源放出熱量Q2。而工質回到初態，內能不變。如熱電廠中水的循環過程（示意如圖）。Q1、Q2、|W|均表示數值大小。工質經一循環|W|=Q1-Q2T1Q1T2Q2泵|W|氣缸PVabcd正循環的特征：T1Q1T2Q2泵|W|氣缸PVabcd

系統經過一系列變化狀態過程后，又回到原來的狀態的過程叫熱力學循環過程.特征一循環過程熱力學第一定律凈功AB總放熱（取絕對值）總吸熱系統經過一系列變化狀態過程后，又回到原來的二熱機效率和致冷機的致冷系數熱機高溫熱源低溫熱源熱機（正循環）AB熱機效率二熱機效率和致冷機的致冷系數熱機高溫熱源低溫熱源熱機（致冷機高溫熱源低溫熱源致冷機（逆循環）AB致冷機致冷系數致冷機高溫熱源低溫熱源致冷機（逆循環）AB致冷機致冷系數

例11mol

氦氣經過如圖所示的循環過程，其中,求1—2、2—3、3—4、4—1各過程中氣體吸收的熱量和熱機的效率.解由理想氣體物態方程得1423例11mol氦氣經14231423三卡諾循環

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—卡諾循環.給出了熱機效率的理論極限值;他還提出了著名的卡諾定理.卡諾循環是理想氣體為工質由兩個準靜態等溫過程和兩個準靜態絕熱過程組成.WABCD低溫熱源高溫熱源卡諾熱機三卡諾循環理想氣體卡諾循環熱機效率的計算WABCD

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A—B等溫膨脹吸熱理想氣體卡諾循環熱機效率的計算WABCDA—BWABCDC—D

等溫壓縮放熱

D—A

絕熱過程B—C

絕熱過程

WABCDC—D等溫壓縮放熱D—A絕熱過程BWABCD卡諾熱機效率卡諾熱機效率與工作物質無關，只與兩個熱源的溫度有關，兩熱源的溫差越大，則卡諾循環的效率越高.

WABCD卡諾熱機效率卡諾熱機效率與工在一次循環中，氣體對外作凈功為

|W|=Q1-Q2（

參見能流圖）

T1T2Q1Q2W可以證明在同樣兩個溫度T1和T2之間工作的各種工質的卡諾循環的效率都由上式給定，而且是實際熱機可能效率的最大值。當用熱力學溫標T1、T2表示兩個熱源的溫度時，卡諾循環的效率的表示仍為上式。在一次循環中，氣體對外作凈功為T1T2Q1Q2W可以卡諾致冷機（卡諾逆循環）WABCD高溫熱源低溫熱源卡諾致冷機卡諾致冷機致冷系數卡諾致冷機（卡諾逆循環）WABCD高溫熱源低溫熱源卡諾逆向循環反映了制冷機的工作原理，其能流圖如右圖所示。T1T2Q1Q2W工質把從低溫熱源吸收的熱量和外界對它所作的功以熱量的形式傳給高溫熱源，其結果可使低溫熱源的溫度更低，達到制冷的目的。吸熱越多，外界作功越少，表明制冷機效能越好。用制冷系數e表示之。逆向循環反映了制冷機的工作原理，其能流圖如右圖所示。T1T2介紹：保護臭氧層保護地球表面免受某些具有破壞性的紫外線臭氧層：位于地面上空20-50km的同溫層中作用：輻射，控制地球氣溫（散熱片）引起公害氟里昂對臭氧層的破壞循環反應,游離氧原子介紹：保護臭氧層保護地球表面免受某些具有破壞性的紫外線臭氧后果：

紫外線輻射增強曬斑，雪盲，視力損害，皮膚癌，白內障…...植物生長率下降，海洋生物減少

溫室效應氣候異常，農業、畜牧業受損，國土干燥化北極冰帽熔化，海平面上升，大陸被淹…...1987.9蒙特利爾1990.6倫敦會議決定2000年停止生產和消費氟里昂，發展中國家延長10年。后果：紫外線輻射增強曬斑，雪盲，視力損害，皮膚癌解決途徑尋找純工質替代物（無Cl)磁致冷半導體致冷注意：避免使用發達國家提供的過時、有害環境的技術來實現發展。警惕以“援助、投資之名，行污染轉移之實”謹防“輸出自然資源，留下環境破壞。”解決途徑尋找純工質替代物（無Cl)磁致冷半導體致冷注意：避免圖中兩卡諾循環嗎？討論圖中兩卡諾循環嗎？討例2

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.現每天有的熱量自房間傳入冰箱內,若要維持冰箱內溫度不變,外界每天需作多少功,其功率為多少?設在至之間運轉的致冷機(冰箱)的致冷系數,是卡諾致冷機致冷系數的55%.解由致冷機致冷系數得房間傳入冰箱的熱量熱平衡時例2一臺電冰箱放在室溫為房間傳入冰箱的熱量熱平衡時保持冰箱在至之間運轉,每天需作功功率房間傳入冰箱的熱量6-6循環過程卡諾循環

歷史上，熱力學理論最初是在研究熱機工作過程的基礎上發展起來的。

熱機發展簡介

1698年薩維利和1705年紐可門先后發明了蒸汽機，當時蒸汽機的效率極低，1765年瓦特進行了重大改進，大大提高了效率。人們一直在為提高熱機的效率而努力，從理論上研究熱機效率問題，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推動了熱學理論的發展。各種熱機的效率液體燃料火箭柴油機汽油機蒸汽機6-6循環過程卡諾循環歷史上，熱力學理論最初是在工作物質（工質）：熱機中被利用來吸收熱量并對外做功的物質.工作物質（工質）：熱機中被利用來吸收熱量并對冰箱循環示意圖冰箱循環示意圖若循環的每一階段都是準靜態過程，則此循環可用P-V圖上的一條閉合曲線表示。箭頭表示過程進行的方向。工質在整個循環過程中對外作的凈功等于曲線所包圍的面積。

在熱機中被用來吸收熱量并對外作功的物質叫工質。工質往往經歷著循環過程，即經歷一系列變化又回到初始狀態。

沿順時針方向進行的循環稱為正循環或熱循環。沿反時針方向進行的循環稱為逆循環或制冷循環。若循環的每一階段都是準靜態過程，則此循環可用P-正循環的特征：一定質量的工質在一次循環過程中要從高溫熱源吸熱Q1，對外作凈功|W|，又向低溫熱源放出熱量Q2。而工質回到初態，內能不變。如熱電廠中水的循環過程（示意如圖）。Q1、Q2、|W|均表示數值大小。工質經一循環|W|=Q1-Q2T1Q1T2Q2泵|W|氣缸PVabcd正循環的特征：T1Q1T2Q2泵|W|氣缸PVabcd

系統經過一系列變化狀態過程后，又回到原來的狀態的過程叫熱力學循環過程.特征一循環過程熱力學第一定律凈功AB總放熱（取絕對值）總吸熱系統經過一系列變化狀態過程后，又回到原來的二熱機效率和致冷機的致冷系數熱機高溫熱源低溫熱源熱機（正循環）AB熱機效率二熱機效率和致冷機的致冷系數熱機高溫熱源低溫熱源熱機（致冷機高溫熱源低溫熱源致冷機（逆循環）AB致冷機致冷系數致冷機高溫熱源低溫熱源致冷機（逆循環）AB致冷機致冷系數

例11mol

氦氣經過如圖所示的循環過程，其中,求1—2、2—3、3—4、4—1各過程中氣體吸收的熱量和熱機的效率.解由理想氣體物態方程得1423例11mol氦氣經14231423三卡諾循環

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—卡諾循環.給出了熱機效率的理論極限值;他還提出了著名的卡諾定理.卡諾循環是理想氣體為工質由兩個準靜態等溫過程和兩個準靜態絕熱過程組成.WABCD低溫熱源高溫熱源卡諾熱機三卡諾循環理想氣體卡諾循環熱機效率的計算WABCD

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A—B等溫膨脹吸熱理想氣體卡諾循環熱機效率的計算WABCDA—BWABCDC—D

等溫壓縮放熱

D—A

絕熱過程B—C

絕熱過程

WABCDC—D等溫壓縮放熱D—A絕熱過程BWABCD卡諾熱機效率卡諾熱機效率與工作物質無關，只與兩個熱源的溫度有關，兩熱源的溫差越大，則卡諾循環的效率越高.

WABCD卡諾熱機效率卡諾熱機效率與工在一次循環中，氣體對外作凈功為

|W|=Q1-Q2（

參見能流圖）

T1T2Q1Q2W可以證明在同樣兩個溫度T1和T2之間工作的各種工質的卡諾循環的效率都由上式給定，而且是實際熱機可能效率的最大值。當用熱力學溫標T1、T2表示兩個熱源的溫度時，卡諾循環的效率的表示仍為上式。在一次循環中，氣體對外作凈功為T1T2Q1Q2W可以卡諾致冷機（卡諾逆循環）WABCD高溫熱源低溫熱源卡諾致冷機卡諾致冷機致冷系數卡諾致冷機（卡諾逆循環）WABCD高溫熱源低溫熱源卡諾逆向循環反映了制冷機的工作原理，其能流圖如右圖所示。T1T2Q1Q2W工質把從低溫熱源吸收的熱量和外界對它所作的功以熱量的形式傳給高溫熱源，其結果可使低溫熱源的溫度更低，達到制冷的目的。吸熱越多，外界作功越少，表明制冷機效能越好。用制冷系數e表示之。逆向循環反映了制冷機的工作原理，其能流圖如右圖所示。T1T2介紹：保護臭氧層保護地球表面免受某些具有破壞性的紫外線臭氧層：位于地面上空20-50km的同溫層中作用：輻射，控制地球氣溫（散熱片）引起公害氟里昂對臭氧層的破壞循環反應,游離氧原子介紹：保護臭氧層保護地球表面免受某些具有破壞性的紫外線臭氧后果：

紫外線輻射增強曬斑，雪盲，視力損害，皮膚癌，白內障…...植物生長率下降，海洋生物減少

溫室效應氣候異常，農業、畜牧業受損，國土干燥化北極冰帽熔化，海平面上升，大陸被淹…...1987.9蒙特利爾1990.6倫敦會議決定2000年停止生產和消費氟里昂，發展中國家延長10年。后果：紫外線輻射增強曬斑