第13章熱力學(xué)基礎(chǔ)1305過程循環(huán)

熱力學(xué)第一定律凈功特征一循環(huán)過程AB總吸熱總放熱熱機：持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C器.

工作物質(zhì)（工質(zhì)）：熱機中被利用來吸收熱量并對外做功的物質(zhì).二熱機和致冷機熱機熱機效率高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩礋釞C（正循環(huán)）AB致冷機：利用外界作功使熱量由低溫流入高溫的機器

致冷機致冷系數(shù)致冷機（逆循環(huán)）致冷機高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅B注意：當(dāng)循環(huán)過程是p-T或V-T圖時，可將其轉(zhuǎn)換為p-V圖進(jìn)行判斷正、逆循環(huán)例1

已知一定量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程。其中ab和

cd是等壓過程，

bc和da是絕熱過程。已知

b點溫度

Tb=T1，

c點溫度Tc=T2。證明該熱機的效率為η=1-T2/T1

證：

等壓過程吸熱

等壓過程放熱

所以

聯(lián)立上述四式，可得

代入(1)式得證

bc絕熱過程方程：da絕熱過程方程：

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.三卡諾循環(huán)

低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機WABCDC—D

等溫壓縮放熱WABCD

D—A

絕熱過程B—C

絕熱過程

A—B等溫膨脹吸熱

卡諾熱機效率WABCD

卡諾熱機效率與工作物質(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.

WABCD高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機

卡諾致冷機（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機致冷系數(shù)

圖中兩卡諾循環(huán)嗎？討論求：

(1)此時高溫?zé)嵩吹臏囟萒1’為多少？

(2)若兩個循環(huán)都工作在相同的兩條絕熱線上，其效率提高到多少？

例2

一理想氣體進(jìn)行卡諾循環(huán)，如圖中

abcda所示，當(dāng)高溫?zé)嵩礈囟葹?/p>

373K，低溫?zé)嵩礈囟葹?/p>

273K時，一次循環(huán)所作凈功W=300J。若維持低溫?zé)嵩礈囟炔蛔?，提高高溫?zé)嵩吹臏囟?，使所作凈功增?/p>

W’=1.60×103J。解：

(1)對卡諾循環(huán)

abcda，有

W=Q1-Q2

式中Q2為放出熱量的絕對值

循環(huán)效率為

有

對卡諾循環(huán)

a'b'cda'有

W’=Q1’-Q2

循環(huán)效率為

消去

Q1，得

①由①、②得

(2)溫度為T1時卡諾循環(huán)效率為

=26.8%把T1

提高到T1’

時，效率增大到

=42.3%同理

②例3

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(冰箱)的致冷系數(shù),是卡諾致冷機致冷系數(shù)的55%.解由致冷機致冷系數(shù)得房間傳入冰箱的熱量熱平衡時“冷泵”與“熱泵”所放出的熱量送到高溫?zé)嵩粗腥ィ质且粋€“熱泵”

致冷機向高溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌1=Q2+W

，降低了低溫?zé)嵩吹臏囟取袄浔谩笨照{(diào)機:一臺既可作降溫又可供暖的制冷機熱平衡時熱平衡時解：致冷機所需最小功率，即為卡諾循環(huán)機的功率。由卡諾循環(huán)的致冷系數(shù)例4（1）夏季的致冷空調(diào)（冷泵），須將室內(nèi)熱量排到室外設(shè)為2×104J·S-1，若室內(nèi)溫度為27，室外溫度為37，求該致冷機所需最小功率。故所需最小功率為667W則（2）冬天將致冷機換向，使他從室外取熱傳入室內(nèi)（熱泵）若室外溫度為-3C

，室內(nèi)保持27C，仍然用上面的空調(diào)所耗功率，則每秒傳入室內(nèi)的熱量是多少？解：此時是把室外作為低溫?zé)嵩?，吸取低溫?zé)嵩吹臒崃肯蚴覂?nèi)（高溫?zé)嵩矗﹤鬟f由則每秒傳入室內(nèi)的熱量為已知逆向斯特林致冷循環(huán)的熱力學(xué)循環(huán)原理如圖所示，該循環(huán)由四個過程組成，先把工質(zhì)由初態(tài)A（V1，

T1）等溫壓縮到B（V2

，

T1）狀態(tài)，再等體降溫到C（V2，

T2）狀態(tài)，然后經(jīng)等溫膨脹達(dá)到D（V1，

T2）狀態(tài)，最后經(jīng)等體升溫回到初狀態(tài)A，完成一個循環(huán)。求該致冷循環(huán)的致冷系數(shù)V1BCDVpOV2T1T2A逆向斯特林致冷循環(huán)在過程中AB中，向外界放出的熱量為解在過程CD中，工質(zhì)吸收的熱量為在過程中BC中，向外界放出的熱量為V1BCDVpOV2T1