1、热机热机:持续地将热量转变为功的机器持续地将热量转变为功的机器.冰箱循环示意图冰箱循环示意图 1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先后发明年纽可门先后发明了了蒸气机蒸气机，当时蒸气机的效率极低，当时蒸气机的效率极低。1765年年瓦特进行了重大改进瓦特进行了重大改进(增加了冷凝增加了冷凝器，发明了器，发明了活塞阀、飞轮、离心节速器等活塞阀、飞轮、离心节速器等)，大大提高，大大提高了效率了效率。使其成为真正的动力。使其成为真正的动力。人们一直在人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，一方面指明
2、了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展另一方面也推动了热学理论的发展。热机发展简介热机发展简介 8-3 8-3 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环各种热机的效率各种热机的效率液体燃料火箭液体燃料火箭柴油机柴油机汽油机汽油机蒸气机蒸气机%48%8%37%25pVoW 系统经过一系列变化状态过程后，又系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程回到原来的状态的过程叫热力学循环过程.由热力学第一定律由热力学第一定律WQ 0E特征特征一一.循环过程循环过程ABAVBVcd为全过程净吸热为全过程净吸热QW为全过程对外净作功为全过程对外净作功总吸热总吸热1Q1.正循环正
3、循环(热机热机)和热机效率和热机效率热机（热机（正正循环）循环）0W致冷机（致冷机（逆逆循环）循环）0W净吸热净吸热Q总放热总放热（取绝对值）取绝对值）2QWQ 净功净功净吸热净吸热12Q=QQQQ 吸放净吸热净吸热热机热机热机效率热机效率=1212111QQQQQQW高温热源高温热源低温热源低温热源1Q2QWWpVoABAVBVcd吸收的热量输出功2122QQQWQe致冷致冷机机高温热源高温热源WpVoABAVBVcd1Q2QW低温热源低温热源2.逆循环逆循环(致冷机致冷机)和致冷系数和致冷系数致冷机致冷系数致冷机致冷系数=输入功低温吸热WQ 2 例例 1 汽油机可近似看成如图循环过程汽油机
4、可近似看成如图循环过程(Otto循环循环)，其中，其中AB和和CD为绝热过程，求为绝热过程，求此循环效率此循环效率.解解BCADBCvADvBCDATTTTTTCTTCQQ1)()(11吸吸放放CDBApV1V2o又又AB和和CD是绝热过程：是绝热过程：121 VVTTBA121 VVTTCDBABCADTTTTTT 121111 VVTTTTTTBABCADV吸吸放放CDBApV1V2oBACDTTTT 例例 1mol氧气作如图所示的循环氧气作如图所示的循环.求循环效率求循环效率.解解:Qp pVpV000等等温温abc02VQQcaabbc)(,bcmVbcTTCQ )(,abmpabTT
5、CQ 002lnVVRTQcca 212111,()ln()V mbccbccaabp mbaCTTRTQQQQQCTT%7.1822ln22)2(2ln)2(1,iTTCRTTTCccmpcccmV二二.卡诺循环卡诺循环 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在个工作在两两热源之间的热源之间的理想理想循环循环 卡诺卡诺循环循环.给出了热机效率的理论极限值给出了热机效率的理论极限值；他他还提出了著名的卡诺定理还提出了著名的卡诺定理.卡诺卡诺循环是由两个准静态循环是由两个准静态等温等温过程和过程和两个准静态两个准静态绝热绝热过程组成过程组成.卡诺热机卡诺热机1Q
6、2QWVop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V低温热源低温热源T2高温热源高温热源T121TT 理想气体卡诺循环热机效率的计算理想气体卡诺循环热机效率的计算 A B 等温膨胀等温膨胀 B C 绝热膨胀绝热膨胀 C D 等温压缩等温压缩 D A 绝热压缩绝热压缩卡诺循环卡诺循环Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ1211lnVVRTQQabA B 等温膨胀等温膨胀吸吸热热4322lnVVRTQQcdC D 等温压缩放热等温压缩放热Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ D A 绝热过程绝热过程214
7、111TVTVB C 绝热过程绝热过程 132121VTVT4312VVVV所以所以Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ1211lnVVRTQQab4322lnVVRTQQcd1212431212111TTVVVVTTQQlnln121TT 卡诺热机效率卡诺热机效率 卡诺热机效率与工卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺源的温差越大，则卡诺循环的效率越高循环的效率越高.Vop2TW1TABCD21TT 高温热源高温热源T1卡诺致冷机卡诺致冷机1Q2QW 卡诺致冷机（卡诺逆循环
8、）卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机卡诺致冷机致冷致冷系数系数212212TTTQQQe2Q1Q低温热源低温热源T2 图中两卡诺循环图中两卡诺循环 吗吗？2121212T1T2W1W21WW poV讨讨 论论poV2T1T2W1W3T21WW 只与只与T1和和T2有关有关与物质种类、膨胀的体积无关与物质种类、膨胀的体积无关21TTc提提高高提高高温热源的温度现实些提高高温热源的温度现实些理论指导作用理论指导作用 1)卡诺热机效率卡诺热机效率1212111TTQQQWC1c进一步说明进一步说明热机循环不向低温热源放热是不可能的热机循环不向低温热源放热是不可能的热机循环至少需要两个热源热机循环至少需要两个热源 理论说明低温热源温度理论说明低温热源温度T2 0 说明热机效率说明热机效率且只能且只能1C T2)与物质种类、膨胀的体积无关与物质种类、膨胀的体积无关2)卡诺制冷机卡诺制冷机2122122TTTQQQWQe对卡诺循环对卡诺循环1212TTQQ
