熱 機 : 持 續(xù) 地 將 熱 量 轉(zhuǎn) 變 為 功 的 機 器 . 冰 箱 循 環(huán) 示 意 圖 1698年 薩 維 利 和 1705年 紐 可 門 先 后 發(fā) 明了 蒸 氣 機 ， 當(dāng) 時 蒸 氣 機 的 效 率 極 低 。 1765年瓦 特 進 行 了 重 大 改 進 (增 加 了 冷 凝 器 ， 發(fā) 明 了活 塞 閥 、 飛 輪 、 離 心 節(jié) 速 器 等 ) ， 大 大 提 高了 效 率 。 使 其 成 為 真 正 的 動 力 。 人 們 一 直 在為 提 高 熱 機 的 效 率 而 努 力 ， 從 理 論 上 研 究 熱機 效 率 問 題 ， 一 方 面 指 明 了 提 高 效 率 的 方 向 ， 另 一 方 面 也 推 動 了 熱 學(xué) 理 論 的 發(fā) 展 。 熱 機 發(fā) 展 簡 介 8-3 循 環(huán) 過 程 和 卡 諾 循 環(huán) 各 種 熱 機 的 效 率液 體 燃 料 火 箭柴 油 機汽 油 機蒸 氣 機 %48 %8 %37 %25 p Vo W 系 統(tǒng) 經(jīng) 過 一 系 列 變 化 狀 態(tài) 過 程 后 ， 又回 到 原 來 的 狀 態(tài) 的 過 程 叫 熱 力 學(xué) 循 環(huán) 過 程 .由 熱 力 學(xué) 第 一 定 律WQ 0E特 征一 . 循 環(huán) 過 程 A B AV BV cd為 全 過 程 凈 吸 熱QW 為 全 過 程 對 外 凈 作 功 總 吸 熱 1Q1.正 循 環(huán) (熱 機 )和 熱 機 效 率熱 機 （ 正 循 環(huán) ） 0W致 冷 機 （ 逆 循 環(huán) ） 0W凈 吸 熱 Q總 放 熱 （ 取 絕 對 值 ）2QW Q凈 功 凈 吸 熱 1 2Q =Q Q Q Q 吸 放凈 吸 熱 熱 機熱 機 效 率 = 121 211 1 QQQQQQW 高 溫 熱 源低 溫 熱 源1Q2Q WWp Vo A BAV BVcd 吸 收 的 熱 量輸 出 功 21 22 QQ QWQe 致 冷 機高 溫 熱 源Wp Vo A BAV BVcd 1Q2Q W低 溫 熱 源2.逆 循 環(huán) (致 冷 機 )和 致 冷 系 數(shù)致 冷 機 致 冷 系 數(shù) = 輸 入 功低 溫 吸 熱 WQ 2 例 1 汽 油 機 可 近 似 看 成 如 圖 循 環(huán) 過 程(O tto循 環(huán) )， 其 中 AB和 CD為 絕 熱 過 程 ， 求此 循 環(huán) 效 率 .解 BC AD BCv ADv BC DATT TT TTC TTC QQ 1 )( )(11 吸 放C DB Ap V1 V2o 又 AB和 CD是 絕 熱 過 程 ：121 VVTTBA121 VVTTCD BABC AD TTTT TT 1211 11 VV TTTT TT BABC AD V吸 放C DB Ap V1 V2o BACD TTTT 例 1mol氧 氣 作 如 圖 所 示 的 循 環(huán) .求 循 環(huán) 效 率 .解 : Qp Vp V0 00 等 溫a bc0 2VQ Qcaab bc)(, bcmVbc TTCQ )(, abmpab TTCQ 002ln VVRTQ cca 21 21 1 1 , ,( ) ln( )V m b c cbc caab p m b aC T T RTQ QQQ Q C T T %7.182 2ln22)2( 2ln)2(1 , iTTC RTTTC ccmp cccmV 二 . 卡 諾 循 環(huán) 1824 年 法 國 的 年 青 工 程 師 卡 諾 提 出 一個 工 作 在 兩 熱 源 之 間 的 理 想 循 環(huán) 卡 諾循 環(huán) . 給 出 了 熱 機 效 率 的 理 論 極 限 值 ； 他還 提 出 了 著 名 的 卡 諾 定 理 . 卡 諾 循 環(huán) 是 由 兩 個 準(zhǔn) 靜 態(tài) 等 溫 過 程 和兩 個 準(zhǔn) 靜 態(tài) 絕 熱 過 程 組 成 .卡 諾 熱 機 1Q2Q WVop 2TW1TA B CD1p2p4p3p 1V 4V 2V 3V 低 溫 熱 源 T2高 溫 熱 源 T121 TT 理 想 氣 體 卡 諾 循 環(huán) 熱 機 效 率 的 計 算 A B 等 溫 膨 脹 B C 絕 熱 膨 脹 C D 等 溫 壓 縮 D A 絕 熱 壓 縮卡 諾 循 環(huán)Vop 2TW1TA B CD1p2p4p3p 1V 4V 2V 3V21 TT abQ cdQ 1211 ln VVRTQQ ab A B 等 溫 膨 脹 吸 熱4322 lnVVRTQQ cd C D 等 溫 壓 縮 放 熱Vop 2TW1TA B CD1p2p4p3p 1V 4V 2V 3V21 TT abQ cdQ D A 絕 熱 過 程 214111 TVTV B C 絕 熱 過 程 132121 VTVT 4312 VVVV 所 以 Vo p 2TW1TA B CD1p2p4p3p 1V 4V 2V 3V21 TT abQ cdQ 1211 ln VVRTQQ ab 4322 lnVVRTQQ cd 1212431212 111 TTVVVVTTQQ lnln 121 TT 卡 諾 熱 機 效 率 卡 諾 熱 機 效 率 與 工作 物 質(zhì) 無 關(guān) ， 只 與 兩 個熱 源 的 溫 度 有 關(guān) ， 兩 熱源 的 溫 差 越 大 ， 則 卡 諾循 環(huán) 的 效 率 越 高 . Vop 2TW1TA B CD 21 TT 高 溫 熱 源 T1卡 諾 致 冷 機1Q2Q W 卡 諾 致 冷 機 （ 卡 諾 逆 循 環(huán) ）卡 諾 致 冷 機 致 冷 系 數(shù) 21 221 2 TTTQQQe 2Q1Q 低 溫 熱 源 T2 圖 中 兩 卡 諾 循 環(huán) 嗎 ？21 21 21 2T1T 2W1W 21 WW po V 討 論 po V 2T1T 2W1W 3T 21 WW 只 與 T1和 T2有 關(guān)與 物 質(zhì) 種 類 、 膨 脹 的 體 積 無 關(guān) 21TTc提 高提 高 高 溫 熱 源 的 溫 度 現(xiàn) 實 些理 論 指 導(dǎo) 作 用 1 )卡 諾 熱 機 效 率 12121 11 TTQQQWC 1c進 一 步 說 明熱 機 循 環(huán) 不 向 低 溫 熱 源 放 熱 是 不 可 能 的熱 機 循 環(huán) 至 少 需 要 兩 個 熱 源 理 論 說 明 低 溫 熱 源 溫 度 T2 0 說 明 熱 機 效 率且 只 能 1C T2)與 物 質(zhì) 種 類 、 膨 脹 的 體 積 無 關(guān)2 )卡 諾 制 冷 機 21 221 22 TT TQQ QWQe 對 卡 諾 循 環(huán) 1212 TTQQ