2020年高中物理竞赛-热学A（联赛版）04热力学第一定律：循环过程和卡诺循环(共19张PPT)

2020高中物理竞赛 热学A 第四节 循环过程和卡诺循环 （一）循环过程 如果一个系统由某个状态出发，经过任意的一系列过程，最后又回到原来的状态，这样的过程称为循环过程。 对可压缩两参量系统，如果其循环过程是准静态的，则可在p-V图上标示为一条闭合曲线，如图示。 符号约定：顺时针为正，逆时针为负。 正循环：W’ > 0, 系统对外界作功 热机 逆循环：Q < 0, 系统向外界放热 制冷机 第一定律： 循环的性质：内能不变 循环过程的效率 正循环过程的效率——热机的效率 A:高温热源, B:锅炉, C: 泵　D-- 气缸, E-- 低温热源　　 热机效率: 热机在一个循环过程中吸收的热量转化为机械能的百分比，即 高温热源 T1 工质泵 活塞 低温热源 T2 吸收热量Q1 对外作功W’ 放出热量Q2 工质 工质 逆循环过程的效率——制冷系数 外界作功W 制冷系数: 制冷机在一个循环过程中的制冷量与外界作功之比，即 高温热源 T1 工质泵 工质 低温热源 T2 放出热量Q1’ 吸收热量Q2 工质 工质 （二）理想气体的卡诺循环及其效率 历史回顾： 17世纪末，巴本锅、蒸汽泵 18世纪末，瓦特添加了冷凝器、活塞阀、飞轮，完善了蒸汽机。 其后，人们致力于扩大热机的容量，但效率很低。 1824年， Sadi Carnot 提出一种理想热机，并说明其效率最高。 卡诺循环与卡诺热机 由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环称为卡诺循环。 AB：等温膨胀，吸热； BC：绝热膨胀，对外界作功； CD：等温压缩，放热； DA：绝热压缩，外界对系统作功。 卡诺循环的效率 正卡诺循环 吸热： 放热： 效率： 对BC 和 DA 两绝热过程，由绝热过程方程得 那么， 所以 逆卡诺循环的制冷系数 应用：内能方程的推导 考虑一个微小的卡诺正循环：AB, T 的等温线；CD, T+DT的等温线；BC, DA绝热线。循环足够小，ABCD可看成是平行四边形。 系统对外做功： 系统从外吸热： B 点的压强： 代入上式： 根据卡诺定理：任意可逆机效率与卡诺机相等（下章内容） 代入： 两边同除 ，去掉高阶小