卡诺循环对热机效率研究的指导意义_什么是热机的效率_卡诺热机

绝热可逆过程的，绝热不可逆膨胀过程的，绝热不可逆压缩过程的。1mol理想气体经历卡诺循环，从始态a点（t1，p1，v1）定温膨胀至b点（t1，p1，v1），再绝热膨胀至v点（t2，p3，v4），再定温压缩至d点（t2，p4，v4），最后绝热压缩回到a点。绝热压缩与绝热膨胀绝热压缩与绝热膨胀通常由气体压强的变化引起。

解：

卡诺循环(Carnot cycle) 是由法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提出的,以分析热机的工作过程,卡诺循环包括四个步骤：等温膨胀,绝热膨胀,等温压缩,绝热压缩.即理想气体从状态1（P1,V1,T1）等温膨胀到状...

中文名称：卡诺循环 英文名称：Carnot cycle 定义：由两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程所组成的理想循环。

卡诺循环(Carnot cycle) 是由法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提出的，以分析热机的工作过程，卡诺循环包括四个步骤： 等温膨胀， 绝热膨胀，等温压缩，绝热压缩。即理想气体从状态1（P1，V1，T1）等温膨胀到状态2（P2，V2，T2），再从...

例1：卡诺循环热效率公式及含义[物理练习题]

思路提示：

卡诺热效率是所谓的热效率的上限.

但与实际效率的差值如此之大?必定是由于原理上的不全,除了机械结构上的原因所形成的损失之外,还存在着第二根本原理,即大气压力跟出功亦在分享着膨胀功.蒸汽机气缸内的气体一次次地推动着活塞外移,输出机械能,在做机械功的同时,还将大气向外推移,而做着大气压力跟出功,排气管排出的乏气一次又一次地排开环境空气,并占领环境空气原有的空间,因而增加了被排开空气的势能,这是热机热效率比卡诺热效率低得多的又一根本原理.

1农村太阳能取暖加热方式： 晴天状态下，当太阳能循环控制系统检测到太阳能集热 板热水温度超过高温储热水箱内5摄氏度时启动循环水泵 进行循环，把太阳能集热板收集的热量带入高温蓄热水 箱通过紫铜盘管进行加热，并保温储存，以备使用。  3 3、 恒温比低温更重要， 要远离热源如厨房、 热水器、 暖、 恒温比低温更重要， 要远离热源如厨房、 热水器、 暖  3 3、 恒温比低温更重要， 要远离热源如厨房、 热水器、 暖、 恒温比低温更重要， 要远离热源如厨房、 热水器、 暖炉等， 温度比理想温度高炉等， 温度比理想温度高5 5&mdash。以制冷为例，压缩机吸入来自蒸发器的低温低压的氟里昂气体，压缩成高温高压的氟里昂气体，然后流经热力膨胀阀（毛细管），节流成低温低压的氟里昂液体，然后低温低压的氟里昂液体在蒸发器中吸收来自室内空气的热量，成为低温低压的氟里昂气体，低温低压的氟里昂气体又被压缩机吸入。

思路提示：

高温热源吸收的热量Q1-向低温热源放出的热量Q2=对外的功W

热机效率=W/Q1=(nT-T)/nT=(n-1)/n

Q1=nW/(n-1)=n(Q1-Q2)/(n-1)

nQ2=[n-(n-1)]Q1=Q1

Q1/Q2=n

(nT-T)/nT 是效率!

例3：【卡诺循环和卡诺定理有何意义】[物理练习题]

思路提示：

卡诺定理

以理想气体为工作物质的可逆卡诺循环,其热效率仅取决于高温及低温两个热源的温度.以热力学第二定律为基础,可以将之推广为适用于任意可逆循环的普遍结论,称为“卡诺定理”.卡诺定理在导出热力学第二定律的普遍判据--状态函数 "S"--中具有重要作用.热力学第二定律否定了第二类永动机,效率为1的热机是不可能实现的,那么热机的最高效率可以达到多少呢?从热力学第二定律推出的卡诺定理正是解决了这一问题.卡诺认为：“所有工作于同温热源与同温冷源之间的热机,其效率都不能超过可逆机” ,这就是卡诺定理.

卡诺循环

1mol理想气体经历卡诺循环，从始态a点（t1，p1，v1）定温膨胀至b点（t1卡诺循环对热机效率研究的指导意义，p1，v1），再绝热膨胀至v点（t2，p3，v4），再定温压缩至d点（t2，p4，v4），最后绝热压缩回到a点。绝热压缩与绝热膨胀绝热压缩与绝热膨胀通常由气体压强的变化引起。 w=Δu, 即-pe(v2-v1)=ncv,m(t2-t1)-0.5p1()= ncv,m(t2-t1)-r(t2-0.5t1)= cv,m(t2-t1)-8.314×(t2-0.5×273)=2.5×8.314×(t2-273)t2=234(k)w=Δu= ncv,m(t2-t1)=×2.5×8.314×(234-273)=-2895(j)Δh= ncp,m(t2-t1)=×3.5×8.314×(234-273)=-4053(j)13、在244k温度下，1.00mol单原子气体（1）从1.01mpa、244k等温可逆膨胀到505kpa,(2) 从1.01mpa、244k绝热可逆膨胀到505kpa，求两过程中的q、w、Δu及Δh，并作p-v图表示上述气体所进行的两个过程。

其实就是用的初中物理里学到的液化(由气体变为液态)时要排出热量和汽化(由液体变为气体)时要吸收热量的原理。其实就是用的初中物理里学到的液化（由气体变为液态）时要排出热量和汽化（由液体变为气体）时要吸收热量的原理，同时蒸发热量。(3)若该循环过程中的气体为1 mol,气体在a 状态时的体积为10 l,在b 状态时压强为a状态时的 . 求气体在b状态时单位体积内的分子数. ( 已知阿伏加德罗常数 ,计算结果保留一位有效数字)。

思路提示：

卡诺循环(Carnot cycle)

绝热可逆过程的，绝热不可逆膨胀过程的，绝热不可逆压缩过程的。1mol理想气体经历卡诺循环，从始态a点（t1，p1，v1）定温膨胀至b点（t1，p1，v1），再绝热膨胀至v点（t2，p3，v4），再定温压缩至d点（t2，p4，v4），最后绝热压缩回到a点。首先让我们了解一下电控柴油机的起动过程：电控柴油机和常规柴油机都属于内燃机，二者起动过程基本一样，其本身不能起动，柴油机在起动时的工作过程与正常运转时的工作过程基本是相同的卡诺循环对热机效率研究的指导意义，要完成能量转换都得经过进气、压缩、燃烧，膨胀和排气，但电控柴油机从静态需要至运转，必须具有自备的起动装置带动曲轴旋转，在借助起动装置的帮助下，柴油机开始的爆发行程产生动力使发动机有了转大的转矩，此后，发动机才能凭借自身的能力连续运转。

通过热力学相关定理我们可以得出,卡诺循环的效率ηc＝1-T2/T1,由此可以看出,卡诺循环的效率只与两个热源的热力学温度有关,如果高温热源的温度T1愈高,低温热源的温度T2愈低,则卡诺循环的效率愈高.因为不能获得T1→∞的高温热源或T2=0K（-273℃）的低温热源,所以,卡诺循环的效率必定小于1.

可以证明,以任何工作物质作卡诺循环,其效率都一致；还可以证明,所有实际循环的效率都低于同样条件下卡诺循环的效率,也就是说,如果高温热源和低温热源的温度确定之后卡诺循环的效率是在它们之间工作的一切热机的最高效率界限.因此,提高热机的效率,应努力提高高温热源的温度和降低低温热源的温度,低温热源通常是周围环境,降低环境的温度难度大、成本高,是不足取的办法.现代热电厂尽量提高水蒸气的温度,使用过热蒸汽推动汽轮机,正是基于这个道理.

卡诺定理阐明了热机效率的限制,指出了提高热机效率的方向（提高T1,降低T2,减少散热.、漏气.、摩擦等不可逆损耗,使循环尽量接近卡诺循环）.成为热机研究的理论依据.热机效率的限制.实际热力学过程的不可逆性及其间联系的研究,导致热力学第二定律的建立.在卡诺定理基础上建立的与测温物质及测温属性无关的绝对热力学温标,使温度测量建立在客观的基础之上.此外,应用卡诺循环和卡诺定理,还可以研究表面张力、饱和蒸气压与温度的关系及可逆电池的电动势等.还应强调,卡诺这种撇开具体装置和具体工作物质的抽象而普遍的理论研究,已经贯穿在整个热力学的研究之中.

例5：卡诺循环与逆卡诺循环的分析!希望有配图说明![物理练习题]

思路提示：

①在整个循环过程中,理想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图上用两条等温线和两条绝表示(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。我们讨论按p-V图上顺时针方向沿封闭曲线ABCDA进行的循环。(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。) 第一过程：A→B,等温膨胀,Q1=EB-EA+w1； 第二过程：B→C,绝热膨胀,O=Ec-EB+W2； 第三过程：C→D等温压缩,-Q2=ED-EC-W3； 第四过程：D→A,绝热压缩,O=EA-ED-W4 把上面四式相加得 Q1-Q2=W1+W2-W3-W4=W0 式中Q是从高温热源吸收的热量,Q2是向低温热源放出的热量,W是理想气体(工作物质)对的面积。 Q1-Q2=W。 上式表示,理想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l,ηt常用百分比表示。 ②卡诺从理论上进一步证明,在卡诺循环中, 等温膨胀时吸收的热量Ql=nRTl 1nV2/V1 (1) 等温压缩时放出的热量Q2=nRT2lnV3/V4, (2) 由绝热方程式TVγ-1=常量,可得T1 TV2γ-1= T2 TV3γ-1 (3) T1 TV1γ-1= T2 TV4γ-1 (4)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,也就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。公式为人们指出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,外界必须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。 逆卡诺循环 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（即环境介质）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,即传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： q0=T0(S1-S4） qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4） w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4） 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）的温度 Tk；降低 Tk,提高 T0 ,均可提高制冷系数。

此内工作的逆循环,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,理想制冷循环应为逆卡诺循环。而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数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卡诺循环循环的程度。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。

希望采纳

点拨：公式：ηt=(T1一T2)／T1) ηt——卡诺循环热效率 T1——高温热源的温度，K T2——低温热源的温度，K

点拨：卡诺循环为最早提出的热力学循环，两个等熵过程和两个等容过程。 与其他循环不同的是压容图和温熵图线路的区别，不同的循环都有各自的特点。（这个界面无法表达，可参考工程热力学教材）。 常用热力学循环有下面几种， 火力发电：朗肯循环；汽油...

1mol理想气体经历卡诺循环，从始态a点（t1，p1，v1）定温膨胀至b点（t1，p1，v1），再绝热膨胀至v点（t2，p3，v4），再定温压缩至d点（t2，p4，v4），最后绝热压缩回到a点。绝热压缩与绝热膨胀绝热压缩与绝热膨胀通常由气体压强的变化引起。 w=Δu, 即-pe(v2-v1)=ncv,m(t2-t1)-0.5p1()= ncv,m(t2-t1)-r(t2-0.5t1)= cv,m(t2-t1)-8.314×(t2-0.5×273)=2.5×8.314×(t2-273)t2=234(k)w=Δu= ncv,m(t2-t1)=×2.5×8.314×(234-273)=-2895(j)Δh= ncp,m(t2-t1)=×3.5×8.314×(234-273)=-4053(j)13、在244k温度下，1.00mol单原子气体（1）从1.01mpa、244k等温可逆膨胀到505kpa,(2) 从1.01mpa、244k绝热可逆膨胀到505kpa，求两过程中的q、w、Δu及Δh，并作p-v图表示上述气体所进行的两个过程。

点拨：由两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程所组成的理想循环。 包括四个步骤： 等温膨胀， 绝热膨胀，等温压缩，绝热压缩。即理想气体从状态1（P1，V1，T1）等温膨胀到状态2（P2，V2，T2），再从状态2绝热膨胀到状态3（P3，V3，T3），此后，从状...

教师适当点拨，或引导学生再探究，寻找到结论，发展智能。2、是课堂中注重探究教学法，要研究探究的步骤措施方法和注意事项，注重引导和点拨，要培养学生的探究能力，教师必须研究探究方法。在研究性学习中首先呈现给学生封闭题，解答完之后，进一步引导学生进行探究，如探究更一般的结论，探究更多的情形，或探究该结论成立的其它条件等等。

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