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设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n倍,则理想气体在一次卡诺循环中,传给低温热源的热量是从高温热源吸取的热量的:()。

作者:电气工程师考试

设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n倍,则理想气体在一次卡诺循环中,传给低温热源的热量是从高温热源吸取的热量的:()。

A 、n倍

B 、n-1倍

C 、倍

D 、倍

参考答案

【正确答案:C】

卡诺循环的热机效率 。

设高温热源的热力学是低温热源热力学温度的N倍

Q吸/T高=Q放/T低,所以Q放/Q吸=1/N

卡诺循环全由可逆过程组成,其中包括:

图一A→B、图二1→2,可逆等温膨胀:此等温的过程中系统从高温热库吸收了热量且全部拿去作功。图一B→C、图二2→3,等熵(可逆绝热)膨胀:移开热库,系统对环境做功,其能量来自于本身的内能。图一C→D、图二3→4,可逆等温压缩:此等温的过程中系统向低温热库放出了热量。同时环境对系统做正功。图一D→A、图二4→1,等熵(可逆绝热)压缩:移开低温热库,此绝热的过程系统对环境作负功,系统在此过程后回到原来的状态。

卡诺热机的热效率只取决于第一个状态的温度T1与第二个状态的温度T2,以及从环境中吸收的热量Q1和放出的热量Q2,

其热效率η=

其热效率恒小于1,只和高温和低温的热源有关,两者温差越大,效率越高。

有关卡诺循环的问题

卡诺循环(Carnot cycle)

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,从状态3等温压缩到状态4(P4,V4,T4),最后从状态4绝热压缩回到状态1。这种由两个等温过程和两个绝热过程所构成的循环成为卡诺循环。卡诺循环可以想象为是工作与两个恒温热源之间的准静态过程,其高温热源的温度为T1,低温热源的温度为T2。这一概念是1824年N.L.S.卡诺在对热机的最大可能效 率问题作理论研究时提出的。卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量,没有散热、漏气、擦等损耗。为使过程是准静态过程,工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程,同样,向低温热源放热应是等温压缩过程。因限制只与两热源交换热量,脱离热源后只能是绝热过程。作卡诺循环的热机叫做卡诺热机。

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。

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