三、卡诺循环(§18-3)

    1. 循环

    (1)  所谓循环过程,是指系统从某一状态出发,经一系列过程后又回到原来的状态的过程,简称循环。准静态的循环过程在p-V图上可用闭合曲线表示出来。循环的重要特征是:

    a)  经历一个循环后,系统的内能不变;

    b)  循环曲线所包围的面积,量值上等于系统对外界所作的功。

    (2)  沿顺时针方向进行的循环,是正循环,与热机的循环相对应;沿逆时针方向进行的循环,是逆循环,与制冷机的循环相对应。

    a)  在一个正循环中,系统从高温热源吸热,向低温热源放热,同时将两者的差额转变为对外界所作的功;

    b)  在一个逆循环中,外界对系统作功,系统从低温热源吸热,同时将两者之和转变为向高温热源释放的热量。

    (3)  效率是热机性能的一个重要标志,定义为

                     .

应注意的是,式中A是在一个循环中系统对外界所作的净功,Q1是系统在一个循环中从外界吸取的热量,其中包括向外界释放的热量Q2

    2. 卡诺循环

    (1)  构成卡诺循环的两条等温线和两条绝热线都是准静态过程,所以卡诺循环是准静态循环过程,或者说是一种理想热机的的循环。遵循这种循环的热机,称为卡诺热机。

    (2)  卡诺热机的效率可以表示为

                         .

由上式可以得到:

    a)  上式所表示的效率是卡诺热机的效率,一切实际热机不可能做到只与两个恒温热源交换热量,并且不可避免地存在能量损失,如散热、漏气和摩擦等,所以一切实际热机的效率不可能超过上式所表示的值;

    b)  由于T1 ¹ ¥T2 ¹ 0,所以任何热机的效率都不可能达到100 %,这就预示了另一个新规律的存在:从能量的角度看,不可能把由高温热源吸取的热量全部转变为对外作功,因为在完成一个循环时,不可避免地要把一部分热量释放给低温热源。

    c)  从上式可以得到,T1越高,T2越低,热机效率h 就越高。这是提高热机效率的方向。

       
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