PPT《第二章 热力学第二定律》

二、卡诺循环(热机) 1824年,法国工程师卡诺 (Carnot) 证明:理想热机在两个热源之间通过一个特殊的(由两个恒温可逆和两个绝热可逆过程组成的)可逆循环过程工作时,热转化为功的比例最大,并得到了此最大热机效率值. 这种循环被称之为可逆卡诺循环,而这种热机也就叫做卡诺热机.?注意:除非特别说明,卡诺循环即指可逆卡诺循环;

若特指非可逆卡诺循环,即指包含了不可逆等温或不可逆绝热过程的卡诺循环. 1. 卡诺循环各过程热功转化计算 假设有两个热库 (源),其热容量均为无限大,一个具有较高的温度T2,另一具有较低的温度T1(通常指大气).今有一气缸,其中含有1mol 的理想气体作为工作物质,气缸上有一无重量无摩擦的理想活塞 (使可逆过程可以进行). 将此气缸与高温热库 T2 相接触,这时气体温度为T2,体积和压力分别为 V1, P1,此为体系的始态A.然后开始进行如下循环: 在T2时恒温可逆膨胀,气缸中的理想气体由P1, V1作恒温可逆膨胀到 P2, V2;

在此过程中体系吸热 Q2 ( T2 温度下的吸热表示为Q2 ),对环境做功W1 (过程1的功 ),如图: 过程

1 Q2 = W1= RT2 ln ( V2 / V1)此过程在 P-V 状态图中用曲线 AB 表示 (可逆过程可在状态空间中以实线表示). 由于理想气体的内能只与温度有关,对此恒温可逆过程,?U = 0(理气、恒温),故: 过程2: 绝热可逆膨胀.把恒温膨胀后的气体(V2,P2)从热库 T2 处移开,将气缸放进绝热袋,让气体作绝热可逆膨胀. 在此过程中,由于体系不吸热,Q = 0,故其所作的功为:W2 = ? ?U = ? Cv ( T1 ?T2 ) 此时,气体的温度由T2 降到T1,压力和体积由 P2, V2 变到 P3 , V3.此过程在P-V 状态图中以 BC 表示. 过程3:将气缸从绝热袋中取出,与低温热库T1相接触,然后在T1时作恒温可逆压缩. 让气体的体积和压力由(V3,P3)变到(V4,P4),此过程在图中用CD表示. 由于 ?U = 0(理想气体、恒温)Q1= W3 = RT1ln (V4/V3)V4? V3 ,? Q1= W3 ? 0) 在此过程中,体系放出了?Q1?的热,环境对体系作了?W3?的功. 过程4:将T1时压缩了的气体从热库 T1处移开,又........