2022-2023学年高二物理竞赛课件：循环过程 卡诺循环

循环过程 卡诺循环 循环过程：系统经过一系列状态变化过程以后，又回到原来状态的过程。 循环特征：系统经历一个循环之后，内能不改变。 循环包括：正循环(顺时针)——热机 逆循环(逆时针)——致冷机 工质:循环工作的物质称为工质. 循环过程 卡诺循环 一 、循环过程 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 气体的许多过程，即不是等值过程，也不是绝热过程，其压力和体积的关系满足如下关系 n 称为多方指数，这类过程称为多方过程。 作功 对一摩尔气体 利用多方方程和状态方程： 故： 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 例题2 设有氧气8g，体积为0.4110-3m3 ，温度为300K。如氧气作绝热膨胀，膨胀后的体积为4.110-3 m3 。问：气体作功多少？氧气作等温膨胀，膨胀后的体积也是4.110-3m3 ，问这时气体作功多少？ 解：氧气的质量为m=0.008kg，摩尔质量Mmol=0.032kg原来温度T1=300K。另T2为氧气绝热膨胀后的温度， 则有： 根据绝热方程中 T 与V 的关系式： 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 得： 以T1=300K,V1＝0.4110-3 m3, V2＝4.110-3 m3及=1.40代入上式，得： 如氧气作等温膨胀，气体所作的功为 因i=5,所以Cv=iR/2=20.8J(molK)，可得： 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 例题3 两个绝热容器，体积分别是V1和V2，用一带有活塞的管子连起来。打开活塞前，第一个容器盛有氮气温度为T1 ；第二个容器盛有氩气，温度为T2 ，试证打开活塞后混合气体的温度和压强分别是 式中Cv1、Cv2分别是氮气和氩气的摩尔定体热容，m1、m2和Mmol1 、Mmol2分别是氮气和氩气的质量和摩尔质量。 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 解：打开活塞后，原在第一个容器中的氮气向第二个容器中扩散，氩气则向第一个容器中扩散，直到两种气体都在两容器中均匀分布为止。达到平衡后，氮气的压强变为p1'，氩气的压强变为p2' ，混合气体的压强为p= p1' + p2' ；温度均为T。在这个过程中，两种气体相互有能量交换，但由于容器是绝热的，总体积未变，两种气体组成的系统与外界无能量交换，总内能不变，所以 已知 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 代入式得： 又因混合后的氮气与压强仍分别满足理想气体状态方程， 由此得： 两者相加即得混合气体的压强： 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 正循环:工质在整个循环过程中对外作的净功等于曲线所包围的面积。工质从外界吸收热量的总和为Q1,放给外界的热量总和为Q2 正循环过程是将吸收的热量Q1中的一部分转化为有用功A净，另一部分Q2放回给外界 热机：通过工质连续不断地将热转化为功的装置。 热机效率 说明：Q1包括整个循环过程中吸收的热量 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 锅炉 泵 气缸 冷凝器 蒸汽机中水循环过程 Q吸 水 水蒸汽 废汽 水 Q放 A 高温热源 低温热源 工作原理图 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 正向卡诺循环的效率推导 3-4 等温压缩： 1-2 等温膨胀： 则 4-1和2-3是绝热过程： 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 说明： （1）完成一次卡诺循环必须有温度一定的高 温和低温热源 （2）卡诺循环的效率只与两个热源温度有关 （3）卡诺循环效率总小于1 （4）在相同高温热源和低温热源之间的工作 的一切热机中，卡诺循环的效率最高。 制冷机：工质把从低温热源吸收的热量Q2和外界对它所作的功A以热量Q1的形式传给高温热源。 高温热源T1 低温热源T2 制冷循环 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 $