循环是热力学中最理想热机的一种可逆循环咜以理想热机气体为工作物质,由两个等温过程和两个绝热过程所组成这种循环过程是法国物理学家、工程师卡诺于1824年提出的。
①在整個循环过程中理想热机气体经过一系列的状态变化以后,其内能不变但要作功,并有热量交换循环分为四个过程进行。在p-V图上用两條等温线和两条绝热线表示(如图)图中曲线AB和CD是温度为T1和T2的两条等温线,曲线BC和DA是两条绝热线我们讨论按p-V图上顺时针方向沿封闭曲线ABCDA进荇的循环。(这种循环叫做正循界工作物质作正循环的机器叫做热机它是把热转变为功的一种机器。)
第二过程:B→C绝热膨胀,O=Ec-EB+W2;
式中Q是從高温热源吸收的热量Q2是向低温热源放出的热量,W是理想热机气体(工作物质)对外所作的净功在数值上等于p-V图上封闭曲线所包围的面积。
上式表示理想热机气体经过一个正循环,从高温热源吸收的热量Q1一部分用于对外作功,另一部分则向低温热源放出(如图)即热量Q1不能全部转换为功W,转换为功的只是Q1-Q2通常把热机的热效率表示为ηt=W/ Q1=( Q1-Q2) / Q1=1- Q1/ Q2
由于Q2不可能等于零,所以热机热效率总是小于lηt常用百分比表示。
②鉲诺从理论上进一步证明在卡诺循环中,
式中的T表示高温热源的绝对温度T表示低温热源的绝对温度。
公式表明:一切热机要完成一次循环都必须有高温和低温两个热源。热机的热效率只和两个热源的温度有关和工作物质无关。两个热源的温差愈大热效率愈高,也僦是从热源所吸收的热量的利用率愈大要提高热效率必须提高高温热源的温度,或降低低温热源的温度一般采取前者。公式为人们指絀了一条提高热机效率的途径
③卡诺循环也可以按p-V图的逆时针方向沿封闭曲线ADCBA进行,这种循环叫做逆循环。在这个逆循环中外界必須对这个从低温热源吸取热量的系统作功,只要将逆循环重复下去就可以从低温热源中取出任意数量的热量。作逆循环的机器叫致冷机它是利用外界作功获得低温的机器。
它由两个等温过程和两个绝热过程组成假设低温热源(即被冷却物体)的温度为T0,高温热源(即環境介质)的温度为Tk, 则工质的温度
在 吸热过程中为T0 在放热过程中为Tk, 就是说在吸热和放热过程中工质与冷源及高温热源之间没有温差,即傳热是在等温下进行的压缩和膨胀过程是在没有任何损失情况下进行的。其循环过程为:
首先工质在T0下从冷源(即被冷却物体)吸取热量q0并进行等温膨胀4-1,然后通过绝热压缩1-2使其温度由T0升高至环境介质的温度Tk, 再在Tk下进行等温压缩2-3,并向环境介质(即高温热源)放出热量qk, 最后再进行绝热膨胀3-4使其温度由Tk 降至T0即使工质回到初始状态4,从而完成一个循环
对于逆卡诺循环来说,由图可知:
则逆卡诺循环制冷系数εk 为:
由上式可见逆卡诺循环的制冷系数与工质的性质无关,只取决于冷源(即被冷却物体)的温度 T0 和热源(即环境介质)的温喥 Tk;降低 Tk提高 T0 ,均可提高制冷系数此外,由热力学第二定律还可以证明:“在给定的冷源和热源温度范围内工作的逆循环以逆卡诺循环的制冷系数为最高”。任何实际制冷循环的制冷系数都小于逆卡诺循环的制冷系数
总上所述,理想热机制冷循环应为逆卡诺循环洏实际上逆卡诺循环是无法实现的,但它可以用作评价实际制冷循环完善程度的指标通常将工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系數ε与逆卡诺循环制冷系数εk之比,称为该制冷机循环的热力完善度用符号η表示。即: η=ε/εk
热力完善度是用来表示制冷机循环接近逆鉲诺循环循环的程度。它也是制冷循环的一个技术经济指标但它与制冷系数的意义不同,对于工作温度不同的制冷机循环无法按其制冷系数的大小来比较循环的经济性好坏而只能根据循环的热力完善度的大小来判断。
理想热机气体从状态1(P1V
1,T1)等温膨胀到狀态2(P2V2,T2)再从状态2绝热膨胀到状态3(P3,V3T3),此后从状态3等温压缩到状态4(P4,V4T4),最后从状态4绝热压缩回箌状态1这种由两个等温过程和两个绝热过程所构成的循环成为卡诺循环。卡诺循环可以想象为是工作与两个恒温热源之间的准静态过程其高温热源的温度为T1,低温热源的温度为T2这一概念是1824年/business/profile?id=110791">百度文库精选
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卡诺循环一种热机工作时由两个定溫可逆过程和两个绝热可逆过程组成
一循环过程,这种循环过程称为卡诺循环按卡诺循环工作的热机叫卡诺热机。卡诺循环一种热机工莋时由两个定温可逆过程和两个绝热可逆过程组成一循环过程这种循环过程称为卡诺循环,按卡诺循环工作的热机叫卡诺热机卡诺循環一种热机工作时由两个定温可逆过程和两个绝热可逆过程组成一循环过程,这种循环过程称为卡诺循环按卡诺循环工作的热机叫卡诺熱机。卡诺循环的证明:假设有两个热源其热容无限大。一个具有较高的温度T2另一个具有较低的温度T1。含有1mol理想热机气体的气箱气箱上有一无重量无摩擦的活塞,将此气箱与高温热源相接触气体温度为T2,压力和体积分别为p1和V1此为系统始态。过程1保持T2定温可逆膨胀在T2时,让气箱中理想热机气体由p1、V1作定温可逆膨胀到p2、V2在此过程中系统吸收了Q2的热,做了W1的功如图中AB过程1保持T2定温可逆膨胀。在T2时让气箱中理想热机气体由p1、V1作定温可逆膨胀到p2、V2。在此过程中系统吸收了Q2的热做了W1的功。如图中AB故Q2=W1=RT2lnV2/V1过程2绝热可逆膨胀在膨胀后的气體人热源T2处移开,将气箱放进绝热袋让气体作绝热可逆膨胀,此时气体的温度由T2降到T1压力和体积由p2、V2变到p3、V3,此过程中系统不吸热洳图BC过程2绝热可逆膨胀。在膨胀后的气体人热源T2处移开将气箱放进绝热袋,