概述卡诺循环

概述卡诺循环 摘要： 本文简述了卡诺当时是如何提出这一理想循环过程的， 以及卡诺热机理论---热机只能在具有温差的两个热源之间工作； 热机的效率于工作介质无关而主要取决于两个热源之间的温差。 卡诺循环的基本原理， P-V图， 热机效率。 卡诺循环是理想化的可逆循环， 其效率是最高的， 但是实际热机的效率都比理想化的可逆卡诺热机效率低得多。 关键词： 卡诺循环； 绝热过程； 卡诺循环原理； P-V 图； 热机效率 一、 卡诺循环的提出 尼古拉·雷奥纳德·卡诺 （Nicolas Leonard Sadi Carnot,1796～1823）生于巴黎，是法国物理学家、 军事工程师。 其父 L.卡诺是法国有名的数学家、 将军和政治活动家， 学术上很有造诣， 对卡诺的影响很大。 卡诺提出了 作为热力学重要理论基础的卡诺循环和卡诺定理， 从理论上解决了提高热机效率的根本途径。 1832年 8 月 24 日卡诺因染霍乱症在巴黎逝世， 年仅 36 岁。 按照当明的防疫条例， 霍乱病者的遗物一律付之一炬。 卡诺生前所写的大量手稿被烧毁， 幸得他的弟弟将他的小部分手稿保留了下来， 其中有一篇是仅有 21 页纸的论文----《关于适合于表示水蒸汽的动力的公式的研究》， 其余内容是卡诺在 1824-1826 年间写下的 23篇论文。

为了进一步提高蒸汽机的效率,增大蒸汽机的效率,瓦特在发明齿轮联动装置之后,对汽缸本身进行了研究,他发现,他虽然把纽可门蒸汽机的内部冷凝变成了外部冷凝,使蒸汽机的热效率有了显著提高,但他的蒸汽机中蒸汽推动活塞的冲程工艺与纽可门蒸汽机没有不同。燃气蒸汽锅炉的相关信息或索取相关资料,欢迎随时与我燃气轮机蒸汽联合循环与锅炉-蒸汽轮机热电联产相比, 具有整体循环效率高、 对环境污染小、调峰性能好、启停快捷、占地面积少、水消耗量小、建设周期短应该是用吨蒸汽每小时来表示锅炉吧.没见过用吨蒸汽耗煤量表示锅炉.如果是,只是表示锅炉的效率.烧锅炉是为了使用锅炉产出的蒸汽而烧煤,而不是为了烧煤燃气轮机蒸汽联合循环与锅炉-蒸汽轮机热电联产相比,具有电厂整体循环效率高, 对环境污染小,调峰性能好,启停快捷,占地面积少,水消耗量小,建设周期短,单。同步练习： 一、选择题：1、第二次工业革命的显著特点是： a、内燃机的创制和使用 c、电讯事业发展迅速 a、煤炭和石油 b、石油和电力 b、电力的广泛应用 d、交通运输业的发展 c、电力和核能 b、电报的发明 d、电话和电报的发明 b、水力——蒸汽一一电力 d、电力——水力——蒸汽 c、信息时代 b、内燃机的发明和运用 d、电动机的发明和使用 d、原子能时代 d、核能和太阳能2、人类在新能源的探索方面不断取得突破，第二次工业革命中出现的新能源是： 3、使电能的开发和利用成为现实的发明是： a、发电机和电动机的发明 c、电灯的发明 a、水力——电力——蒸汽 c、蒸汽——水力——电力 a、蒸汽时代 a、蒸汽机的改造和应用 c、发电机的制造成功 b、电气时代4、下列用于工厂机器的主要动力，其出现的先后顺序是：5、19 世纪 70 年始的科技革命，使人类进入： 6、19 世纪末，引起交通领域里一场革命的重大发明是：7、我们生活在一个充满奇迹的时代，大车不需要马拉，新闻通过环绕地球的电线一瞬间 传遍世界。

内能发生转化 对物体做功 温度升高 其他形式能量转化内能 物体对外做功 温度下降 内能转化其他形式能量。除了克服摩擦，对物体做功，内能增加，温度升高外，还有别的方法对物体做功，内能增加。如果将两个温度不同的物体放在一起，二者的温差同样可以做功，而最终结果是它们的温度会稳定在一个中间值上，热的物体温度降低，而原本冷的物体温度升高。

于是， 他就提出以空气作为工质的设想， 因为空气绝热压缩时温度升高，如果升高到与热源同温度下定温吸热， 就可避免损失， 最为理想。 最后， 卡诺于1824 年出版了题为《关于火的动力的思考》 的小册子， 书中写道：“为了以最普遍的形式来考虑热产生运动的原理， 就必须撇开任何的机构或任何特殊的工作介质来进行考虑， 就必须不仅建立蒸汽机原理， 而且建立所有假想的热机的原理，不论在这种热机里用的是什么工作介质， 也不论以什么方法来运转它们。” 卡诺出色地运用了理想模型的研究方法， 以他富于创造性的想象力， 精心构思了理想化的热机——后称卡诺可逆热机（卡诺热机）， 提出了作为热力学重要理论基础的卡诺循环和卡诺定理， 从理论上解决了提高热机效率的根本途径。 卡诺在这篇论文中指出了热机工作过程中最本质的东西： 热机必须工作于两个热源之间， 才能将高温热源的热量不断地转化为有用的机械功； 明确了“热的动力与用来实现动力的介质无关， 动力的量仅由最终影响热素传递的物体之间的温度来确定”， 指明了 循环工作热机的效率有一极限值， 而按可逆卡诺循环工作的热机所产生的效率最高。

实际上卡诺的理论已经深含了热力学第二定律的基本思想， 但由于受到热质说的束缚， 使他当时未能完全探究到问题的底蕴。 卡诺的工作， 在实践上， 为提高热机效率指明了方向； 在理论上， 为热力学第二定律的建立奠定了基础。 值得一提的是， 卡诺工作的价值， 当时并没有被人们所理解，而且很快就被人们所遗忘。卡诺循环 现今教材给出的以理想气体为工质的卡诺循环是法国工程师克拉珀龙(Clapeyron)在卡诺病逝后于 1836 年应用瓦特创立的示功图(即少V 图)分析方法对卡诺循环所作的解析[3]。 也正是克拉贝龙的工作， 卡诺理论才被人们所注意并为其进一步发展创造了条件。 对卡诺循环的严格论证以及热效率公式的导出， 最后是由克劳修斯于 1850 年左右完成的。 现在很难说清学术界是什么时候开始公认卡诺热机理论的， 因为在他去世后，没有任何学术团体或学校授予卡诺任何称号。 可以这样说， 卡诺的学术地位是随着热功当量的发现， 热力学第一定律、 能量守恒与转化定律及热力学第二定律相继被揭示出来的过程慢慢地形成的； 卡诺的理论除了对克拉珀龙、 开尔文和克劳修斯等少数几位物理学家产生过影响外， 它在整个物理学界未曾引起过反响。

斯特林发动机是一种独特的热机，因为它理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为“卡诺循环效率”。而且，单靠定温膨胀一个过程是不能造成热机的，热机必须循环工作。聚醚橡胶对水、油、氨、碱等介质均稳定2 罐体容积计算2.1 圆形罐体有效总容积计算式中：l——圆柱体长度（m）d ——圆柱体内径（m）l1、l2——封头长度（m）2.2 椭圆形罐体有效总容积计算式中：l——椭圆体长度（m）a ——椭圆长轴（m）b ——椭圆短轴（m）l1、l2——封头长度（m）2.3 梯形罐体有效总容积计算式中：s——梯形罐体横截面积（m2），其它尺寸含义与上相同注：1、罐体的有效总容积还应除掉罐体内部附加装置所占的容积（v0）2、罐体的有效总容积大小应符合第一章3.3条要求2.4 罐体额定容积计算2.5 罐体膨胀容积计算△v v总－v额2.6 罐体膨胀空间计算（一般为5%和用户要求）3 罐体强度计算（薄壳理论）3.1 圆筒形罐体的薄壳应力计算在横截面Ⅰ-Ⅰ内应力在纵截面Ⅱ-Ⅱ内应力在球面封头内：式中：——罐体内压（mpa）。

定熵膨胀过程 b-c： 工质在可逆绝热条件下膨胀， 温度由 T1降到 T2。 定温压缩过程 c-d： 工质在定温 T1下被压缩， 过程中将热量 Q2传给低温热源。 定熵压缩过程 d-a； 工质在可逆绝热条件下被压缩， 温度由 T2升高至 T1， 过程终了时， 工质的状态回复到循环开始的状态 a。 3.制冷原理： 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下从冷然后通过绝热压缩 1-2，行等温压缩 2-3， 并向环胀 3-4， 使其温度由 Tk 降对于逆卡诺循环来说， 由Q0=T0(S1-S4） Qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4） W0=Qk-Q0=Tk(S1-S4)-T0(S则逆卡诺循环制冷系数 ε由上式可见， 逆卡诺被冷却物体） 的温度 T0 均可提高制冷系数。

此内工作的逆循循环的制冷系数都小于逆综上所述， 理想制冷的， 但它可以用作评价实的实际制冷循环的制冷系的热力完善度， 用符号 η热力完善度是用来表循环的一个技术经济指标冷机循环无法按其制冷系热力完善度的大小来判断三、 卡诺循环的 p-V冷源 （即被冷却物体）吸取热量 Q0， 并进行等使其温度由 T0升高至环境介质的温度 Tk环境介质（即高温热源） 放出热量 Qk， 最后降至 T0， 即使工质回到初始状态 4， 从而完由图可知： S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4） εk 为： T0/Tk-T0 诺循环的制冷系数与工质的性质无关， 只取和热源（即环境介质） 的温度 Tk； 降低 T外， 由热力学第二定律还可以证明： “在给循环， 以逆卡诺循环的制冷系数为最高”。逆卡诺循环的制冷系数。 冷循环应为逆卡诺循环。 而实际上逆卡诺循实际制冷循环完善程度的指标。 通常将工作系数 ε 与逆卡诺循环制冷系数 εk之比， 称为η 表示。 即： η=ε/εk 表示制冷机循环接近逆卡诺循环循环的程度标， 但它与制冷系数的意义不同， 对于工作系数的大小来比较循环的经济性好坏， 而只断。

制冷工作原理：制冷循环采用逆卡若循环，该循环出两个等温过程和两个绝热过程组成，其过程如下：制冷剂经压缩机绝热压缩到较高的压力，消耗了的功使排气温度升高，之后制冷剂经冷凝器等温地和四周介质进行热交换将热量传给四周介质。 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。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。

a 如果内能的变化与路径有关, 这样在这个封闭循环中 另一方面，在这样一个封闭循环中，物体的初态与终态都是a，则按能量守恒方程(4-1) 式 如果 就表明当物体回到原来的状态时，内能有增加或减小，这违背了以(4-1)式表示的热力学第一定律 在封闭循环中 表明从状态a到状态b，物体内能的变化与路径无关，即物体的内能u是状态函数。辽宁省大连铁路中学高中物理教案 4.1 牛顿第一定律教 学 目 标知识与技能1．知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，知道理想实验是科学研究的重要方法．2．理解牛顿第一定律的内容及意义．3．知道什么是惯性，会正确地解释有关惯性的现象．[过程与方法体都有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫做惯性(1)一切物体在任何状态下都有惯性(2)惯性是物体的固有性质(3)物体的惯性只与质量有关教学后记。a、c外界对物体做功，根据热力学第一定律△u=w+q可知，内能不一定增加，还与热传递情况有关．若没有热传递q=0，内能一定增加，故a错误，c正确．b、外界向物体传递热量，根据热力学第一定律△u=w+q可知，内能不一定增加，还与做功情况有关．故b错误．d、物体向外放热，外界对物体做功，若功的数值大于热量的数值，根据热力学。

五、 对卡诺的评价 英国著名物理学家麦克斯韦（J． C． Maxwell， 1831－1879） 曾经对卡诺理论作过高度评价。 他说： 卡诺的理论是“一门具有可靠的基础、 清楚的概念和明确的边界的科学”。 的确， 卡诺对科学的贡献不仅限于深层次的挖掘热力学应用于实际生产的内在本质， 更大的在于他对于科学的热情， 对真理的执着， 哪怕当时他的理论也并不被学术界和法国社会这个理应是对他做出科学研究有着巨大有利条件的国家所接纳。 参考文献： 【1】 鄢红春,周骏,方大群"卡诺循环"教学中的潜科学分析[期刊论文]-PHYSICS AND ENGINEERING 2003,13(6) 【2】 李继坤,2000 关于卡诺制冷机循环周期的再讨论. 中国科学院上海冶金研究所博士论文 【3】 吴剑峰,朱琴卡诺循环的 p-V 图[期刊论文]-大学物理 2001,20(5) 【4】 严子浚， 陈金灿． 物理通报[J]1994(6)3．

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