11.1 循环过程在线视频

同学好

这一节我们讲循环过程

一个系统经历一系列的变化后

又回到初始状态的整个过程

叫做循环过程 简称循环

这个循环对热机来说非常重要

如果你这个热机要想持续运行的话

你这个工作物质当然要做循环

循环往复才能永不停歇

下面呢

我们以这个火力发电厂的热力循环为例子

讲一讲这个循环

这个是火力发电的这么一个原理的简图

先是你用这个锅炉把水烧热

烧热以后呢温度高到一定程度

它就变成了水蒸气

水蒸气压力很大对吧

你把这个水蒸气放出来冲击这个汽轮机

让汽轮机转动 汽轮机转动带动这个发电机

就开始发电了对吧

那么刚才这个水蒸气呢

它冲击完汽轮机以后啊

我们让它流进这个冷凝器里面

它有重新凝结成水了

然后这些水呢在用水泵在抽到这个锅炉里边

那么再烧再把这个水烧起来

再重新这个新的循环

当然这个过程当中你的这个水当然是不够的

有损耗 我们还要加进新的水

这些部分呢

我们在这个循环过程里面呢不去考虑

我们把这个循环过程在PV图上画出来的话呢

我可以粗略的把这个过程

用下面这个循环来表示出来

首先你在锅炉里边把水烧热这个过程呢

水当然体积会有变化的

可是呢我们把这个变化忽略掉

我们把它近似看成是等容这么一个过程

而且这个在锅炉里边烧水这个过程

它也不是准静态过程

因为锅炉外面这个温度和水里这个温度

它们是相差很大的对吧

可是我们近似的把它当做准静态过程来处理

当你这个锅炉的水温度上升压力变得很大

然后温度也变高了

达到了这个高压下的沸点的时候呢

水开始转化成水蒸气

前边我们讲过气液相变的时候

这是气液相变的这么一个曲线对吧

那么沿着这个曲线呢水就转化成了水蒸气

水蒸气的压强是很大的

你把它放出来冲击汽轮机

这个过程呢因为很快所以我们近似认为

这是一个绝热准静态过程

当然它也不是准静态过程

这都是一个近似啊

冲击以后呢它要经过冷凝器变成水对吧

这也就是气体变成水的这个过程

相变过程对吧

这前面讲过这也是一个水平线

回来以后呢我们在把它重新放到锅炉里边

在重新烧

这不又新的循环开始了吗

那么在这个过程当中水蒸气对外做的功啊

我们可以用这个式子来计算

因为什么呢因为循环过程啊

原则上它说你回到了原来的出发点

所以这个工作物质的内能是不改变的

根据热力学第一定理

吸的热通过循环过程以后就等于它对外做的功

那这里面呢它是在这个区域啊

它是吸热Q1的 它是正值

而在冷凝器呢

这工作物质它是放热的

所以Q2啊它是一个负值

所以总体起来在这个循环过程中

工作物质净吸热啊其实是Q1+Q2

或者是Q2是负值啊你也可以写成

Q1减去绝对值的Q2这样表示啊

那么一般来说啊

准静态循环过程我们在PV图上啊

就对应一个闭合曲线

如果你这过程是顺时针这样啊循环的

我们把它叫做正循环

如果它是逆时针这样循环我们叫做逆循环

刚才我们说了

因为循环过程一个循环下来内能不变 对吧

所以你吸的热就等于对外做的功

这里面所说的吸热啊是净吸热 净的吸热

当然在这个过程当中它包含什么呢

有的地方它是吸热的有的是放热的

可是总体起来放在一起净余的吸热

它是等于工作物质对外做的功

那么做的功等于多少呢

我们知道的它是等于

如果它是准静态过程的话

它其实是PdV的这么一个积分

这个积分它是沿着这个闭合曲线进行一周

所以我们通常用这样一个符号来表示

当然这个要等于净吸热对吧

那么在数学上啊

其实这个沿着闭合曲线的这个积分呢

其实就是这里面的这个面积

如果是正循环的呢

你的做功啊就等于这个闭合曲线里面的面积

如果是逆循环呢这个积分呢它是负值

它就是等于负的这个闭合曲线里面的面积

所以正循环的时候啊

工作物质对外做的是正功

逆循环的时候工作物质对外做负功

或者反过来说是外界对这个工作物质做功

所以说正循环过程对应的是热机

而逆循环过程对应的是致冷机

对于热机我们有一个热机效率的问题

这个热机的效率啊

就定义为工作物质对外做的功

和在高温热源吸的热的这个比值

对这里面这个Q1啊它不是净的吸热

它是指在高温热库吸的那些热

也就是说除了那些

在低温热库放热那部分以外的那个吸热

那么我们说了你这个净余的吸热

应该是Q1+Q2对不对

这个应该是等于工作物质对外做的功

把这个式子啊代进来

因为我们经常用这个绝对值表示放热呢

就是因为这个放热的时候Q2是一个负值

所以把这个式子代到这里面

这个热机的效率可以用这个表示

或者直接用带符号的这个Q2表示的话

它就是这么一个式子

对于致冷机呢我们用这个致冷系数

来表示这个致冷的效率

致冷系数是我们用这个从低温热库吸的热

这个Q2和外界对这个工作物质做的功的比值

你注意啊热机的时候和致冷剂的时候

它是因为相反的循环

所以热机的时候Q2是负值

可在致冷的时候它Q2是一个正值

热机的时候对外做功 W是一个正值

致冷机的时候呢是外界对工作物质做功

所以这个W是负值

可是热机也好致冷机也好啊

这个式子啊它总是成立的

那么我们把这个式子带到这里面

把刚才那个热或者是功的正负 这些因素都考虑在内的话

你这个致冷系数就可以表示成这个样子

好 这一节内容就讲到这儿 谢谢