卡诺循环|卡诺热机|效率,P-V和T-S图

通过 | 2019年5月4日

卡诺循环

卡诺热机(基于卡诺循环)是由尼古拉斯·伦纳德·萨迪·卡诺(1796-1832,法国军事工程师和物理学家)开发的一个概念,以便人们可以在实践中想象一个可逆热机。

卡诺热机是可逆热机它作用于卡诺循环。

卡诺循环

p - v图

卡诺循环由4个组成流程

  1. 可逆等温加热过程(过程A-B)
  2. 可逆绝热膨胀过程(过程B-C)
  3. 可逆等温甩热过程(C-D过程)
  4. 可逆绝热压缩过程(过程D-A)
卡诺的引擎

t - s图

卡诺热机

现在我们从物理上理解卡诺热机是这样的。

进程a - b

在这个过程中,热量从热储中释放出来,并被系统内的理想气体粒子吸收。因此,系统温度升高。高温使气体粒子膨胀,从而推动活塞向上,并对周围环境做功。

过程c

在这一过程中,系统持续膨胀,但系统与周围环境之间没有热交换。因此,系统正在经历绝热膨胀。膨胀使理想气体粒子冷却,降低了系统的温度。

c - d过程

在这个过程中,环境对系统做功,放出热量。系统内的温度保持不变。因此,发生了等温膨胀。

数字-模拟过程

然而在这个过程中没有热交换发生,环境继续对系统做功。绝热压缩使系统温度升高,活塞恢复到原始状态(A-B过程之前)。

下面是卡诺循环的P-V和T-S图。

卡诺循环P-V图 卡诺循环T-S图

我们知道T4= T1,说它是T一个和T3.= T2,说它是TB

下面的表格显示了卡诺循环的热和功的相互作用,以及内部能量

过程 热力学能的变化 工作交流 热相互作用
过程1 - 2 CV(T2- t1 CV(T1- t2 0
过程2 - 3 0 RTBln (V3./ V2 RTBln (V3./ V2
过程3 - 4 CV(T4- t3. CV(T3.- t4 0
流程4 - 1 0 RT一个ln (V1/ V4 RT一个ln (V1/ V4

注意:热相互作用的负值表示系统排斥的热量,热相互作用的正值表示系统吸收的热量。交互功的正值表示对系统所做的功,交互功的负值表示对系统所做的功。

卡诺循环的效率

效率卡诺循环的焓等于输出的功与输入的热的比值。

功输出= RT一个ln (V1/ V4) - - - RTBln (V2/ V3.

热输入= RT一个ln (V1/ V4

效率=功输出/热输入

将输入的热量和输出的功的值代入上式,得到

η = 1 - [tBln (V2/ V3.)) / (RT一个ln (V1/ V4)))…(1)

此外,V1/ V4= V2/ V3.

它的意思是

η = 1 - (tB/ T一个

图归因:

T-S图:By Original:PAR~commonswikiVector:Smieh -这个文件源自:CarnotCycle1.png:, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20068191

卡诺热机图片:BlyumJ自己的工作,CC By - sa 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=64937239

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