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§2循环过程(cyclic process) 卡诺循环(Carnot cycle)
一 循环过程
1 热机(heat engine)的工作原理
蒸汽机的工作原理
热机特点：
① 工作物质（汽态水、
液态水）
热量的形式放到一个温
② 工作物质从外界吸
度较低的冷凝器里去。
热，增加内能，一部分
④ 以上过程循环不已
对外作功
地进行
③ 工作物质要回到原来
状态，内能的另一部分以 2 定义：如果一系统从
某一状态出发，经过任
意的一系列过程，最后又回到原来的状态，则称
此一系列过程为循环过程。
3 循环及循环效率
规定：顺时针循环→正循环
ABCDA
热机
逆时针循环→逆循环
ADCBA
致冷机或
热泵
正循环的特点：
从A→B →C 体积膨胀 系统对外作功
C →D →A 体积压缩 系统对外作负功
整个循环过程对外作功
ABCDA
在数值上等于P——V图上曲线ABCD所包围的面
积
正循环特点——系统对外作功
经过一个循环过程又回到A ΔU=0 系统对外作了功
根据能量守恒，能量从哪里来？ Q1＞│Q2│
A净=Q1－│Q2│
A净

循环效率：

A净
Q
Q
Q
Q  Q
 

Q
Q
 Q  
Q 
\ 
不可避免要放掉一部分热量
∴η＜1
4 逆循环和致冷机(refrigerator)
∵U2－U1=0
Q1=A+ Q2
Q

Q  Q
制冷系数：
系统从外界吸的热Q

外界对系统作的功A‘
5 热泵(heat pump)
热泵是将热量由低温物体传到高温物体的装置，
它的工作原理与致冷机相同。致冷机是让工作物质
从低温物体处吸热，使低温物体的温度更低；而热
泵是让工作物质向高温物体放热，使高温物体的温
度更高。
热泵工作过程：压缩机将
氨气或氟里昂进行压缩，
使之变成高温高压的蒸汽，
蒸汽被导入室内管道（冷
凝器）中，氨蒸汽凝结成
液体，同时放出热量使室 低压的液体，被导入
内气流升温而供暖。液化 室外管道（蒸发器）
后的氨经节流阀变成低温 中，液体从室外的空
气吸热而迅速蒸发，蒸发后的气体又回到压缩机
中进行下一个循环。
Q
——供热效率
h 
A
如果上图中把压缩机的出口与室外管道相连，则此
装置就可以用来给室内降温，这就是所谓的制冷空
调，此时室内的管道就是蒸发器，而室外的管道就
是冷凝器。
二 卡诺循环(Carnot cycle)
在研究提高热机效率的过程中，法
国工程师萨迪.卡诺提出一种理想热机循
环，称为卡诺循环。该循环过程由两个
准静态等温过程和两个准静态绝热过程
组成。
萨迪.卡诺是法国青年工程师、热力
学的创始人之一，是第一个把热和动力
联系起来的人。 他出色地、创造性地用
“理想实验”的思维方法，提出了最简
单，但有重要理论意义的热机循环——
卡诺循环，并假定该循环在准静态条件
下是可逆的，与工质无关，创造了一部
理想的热机（卡诺热机）。卡诺的目标
是揭示热产生动力的真正的、独立的过
程和普遍的规律。1824年卡诺提出了对
热机设计具有普遍指导意义的卡诺定理，
指出提高热机效率的有效途径，被后人
认为是热力学第二定律的先驱 。
准静态卡诺循环特点：由
两个等温过程和两个绝热过程
组成的循环过程
①1→2等温膨胀过程
V
M
Q  A 
RT ln

V
② 2→3绝热过程
V
 


 


T V
T
③ 3→4等温压缩过程
V
M
RT ln
│Q2│ 

V
ΔU=0
④ 4→1绝热压缩
 


V
 


T V
T
整个循环中内能不变
A=Q1－│Q2│
A Q  Q
卡 

Q
Q
V
V
V
V M
M
T ln
 T ln
RT ln

RT  ln
V
V

V 
V 

V
V
M
T ln
RT  ln
V

V
V  
T
 
 
( )
（2→3） V T  V T 
T
V
（4→1） V  T


 


V
T 
T
V  
( )
T
V
V   V  
( )  ( )  V  V 或 V  V
V
V
V V
V V
V
V
 ln
 ln
V
V
卡  T  T
T
卡
V3
V2
T1 ln  T2 ln
V1
V4

V2
T1 ln
V1
→只适用于卡诺循环
说明：① η卡仅由T1、T2决定
② 卡  T  T T 越大、T 越小
1
2
T
卡
越高
③卡诺热机是理想热机，其效率大于 其他热机效率.
同理可证； 
Q
2
Q Q
1
2

T
2
T T
例P156 [ 例7.3 ] [例7.4].
1
2
. 
h
Q
1
Q Q
1
2

T
1
T T
1
2