熱力學(xué)基礎(chǔ)_2

1、大學(xué)物理學(xué)電子教案,武警學(xué)院教學(xué)課件,循環(huán)過程與卡諾循環(huán),6－5 理想氣體的等溫過程和絕熱過程等溫過程絕熱過程絕熱線和等溫線6－6 循環(huán)過程 卡諾循環(huán)循環(huán)過程卡諾循環(huán),,復(fù) 習(xí),熱學(xué)的研究對象及其分類氣體物態(tài)參量平衡態(tài)與準(zhǔn)靜態(tài)過程理想氣體的物態(tài)方程,功,熱量,內(nèi)能,熱力學(xué)第一定律,熱力學(xué)第一定律在理想氣體的等體和等壓過程的應(yīng)用,摩爾熱容,6－5 理想氣體的等溫過程和絕熱過程,一、等溫過程,特點(diǎn)：理想氣體的

2、溫度保持不變，T=const過程曲線：在PV圖上是一條雙曲線，叫等溫線。過程方程：,內(nèi)能、功和熱量的變化,,系統(tǒng)從外界吸收的熱量，全部用來對外作功。,二、絕熱過程,1、絕熱過程,特點(diǎn)：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換的過程，Q=0。,內(nèi)能和功的變化,特征：在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界所作的功是由于系統(tǒng)內(nèi)能的減少來完成的。,2、絕熱方程,推導(dǎo)：對絕熱過程，由熱力學(xué)第一定律,對于理想氣體,,考慮,將上式與理想氣體的狀態(tài)方程結(jié)合即可得另外兩式。,

3、,絕熱過程計算功的方法將絕熱方程 代入 得,三、絕熱線和等溫線,絕熱線,等溫線,斜率,斜率,因為 ? =CP,m/CV,m?1，所以絕熱線比等溫線更陡,四、多方過程,實際上，氣體所進(jìn)行的過程，常常既不是等溫又不是絕熱的，而是介于兩者之間，可表示為 PVn =常量 （n為多方指數(shù)）凡滿足上式的過程稱為多方過程。 n =1 —— 等溫過程

4、n =? —— 絕熱過程 n= 0 —— 等壓過程 n =? —— 等容過程一般情況1? n ? ?，多方過程可近似代表氣體內(nèi)進(jìn)行的實際過程。,多方過程的功,吸收熱量,多方過程內(nèi)能的變化,在熱機(jī)中被用來吸收熱量并對外作功的物質(zhì)叫工作物質(zhì)，簡稱工質(zhì)。工質(zhì)往往經(jīng)歷著循環(huán)過程，即經(jīng)歷一系列變化又回到初始狀態(tài)。,2、特點(diǎn)：若循環(huán)的每一階段都是準(zhǔn)靜態(tài)過程，則此循環(huán)可用P-V圖上的一條閉合曲線表示。工質(zhì)在整個

5、循環(huán)過程中對外作 的凈功等于曲線所包圍的面積。系統(tǒng)經(jīng)過一個循環(huán)以后，系統(tǒng)的內(nèi)能沒有變化,6－6 循環(huán)過程 卡諾循環(huán),一、循環(huán)過程,1、定義：系統(tǒng)經(jīng)過一系列狀態(tài)變化以后，又回到原來狀態(tài)的過程叫作熱力學(xué)系統(tǒng)的循環(huán)過程，簡稱循環(huán)。,沿順時針方向進(jìn)行的循環(huán)稱為正循環(huán)。沿逆時針方向進(jìn)行的循環(huán)稱為逆循環(huán)。,二、熱機(jī)和制冷機(jī),1、循環(huán)過程的分類,2、熱機(jī),工作物質(zhì)作正循環(huán)的機(jī)器，稱為熱機(jī)，它是把熱量持續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為功的機(jī)器。,正循環(huán)的特征

6、：一定質(zhì)量的工質(zhì)在一次循環(huán)過程中要從高溫?zé)嵩次鼰酫1，對外作凈功W，又向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌2。并且工質(zhì)回到初態(tài)，內(nèi)能不變。工質(zhì)經(jīng)一循環(huán) W= Q1-Q2,熱機(jī)效率或循環(huán)效率：表示熱機(jī)的效能,逆循環(huán)的特征：制冷機(jī)經(jīng)歷一個逆循環(huán)后，由于外界對它作功，可以把熱量由低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩础Ｔ谝粋€循環(huán)中，外界作功W，從低溫?zé)嵩次諢崃縌2，向高溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌1。并且工質(zhì)回到初態(tài)，內(nèi)能不變。,制冷系數(shù)：

7、表示制冷機(jī)的效能,3、制冷機(jī),工作物質(zhì)作逆循環(huán)的機(jī)器，稱為制冷機(jī)，它是把熱量從低溫?zé)嵩闯榈礁邷責(zé)嵩吹臋C(jī)器。,三、卡諾循環(huán),法國工程師、熱力學(xué)的創(chuàng)始人之一。 他創(chuàng)造性地用“理想實驗”的思維方法，提出了最簡單、但有重要理論意義的熱機(jī)循環(huán)——卡諾循環(huán)，創(chuàng)造了一部理想的熱機(jī)——卡諾熱機(jī)。1824年卡諾提出了對熱機(jī)設(shè)計具有普遍指導(dǎo)意義的卡諾定理，指出了提高熱機(jī)效率的有效途徑，揭示了熱力學(xué)的不可逆性，被后人認(rèn)為是熱力學(xué)第二定律的先驅(qū)。,,概念：卡

8、諾循環(huán)過程由四個準(zhǔn)靜態(tài)過程組成，其中兩個是等溫過程和兩個是絕熱過程組成?？ㄖZ循環(huán)是一種理想化的模型。,分類正循環(huán)——卡諾熱機(jī)逆循環(huán)——卡諾制冷機(jī),1、卡諾循環(huán),A?B：等溫膨脹過程，體積由V1膨脹到V2，內(nèi)能沒有變化，系統(tǒng)從高溫?zé)嵩碩1吸收的熱量全部用來對外作功,B?C：絕熱膨脹，體積由V2變到V3，系統(tǒng)不吸收熱量，對外所作的功等于系統(tǒng)減少的內(nèi)能,2、卡諾熱機(jī)：正循環(huán),卡諾熱機(jī)的四個過程,C?D：等溫壓縮過程：體積由V3壓縮到V4，

9、內(nèi)能變化為零，系統(tǒng)對外界所作的功等于向低溫?zé)嵩碩2放出的熱量,D?A：絕熱壓縮絕熱壓縮過程：體積由V4變到V1，系統(tǒng)不吸收熱量，外界對系統(tǒng)所作的功等于系統(tǒng)增加的內(nèi)能。,在一次循環(huán)中，系統(tǒng)對外界所作的凈功為 |W|= Q1-Q2,理想氣體卡諾循環(huán)的效率只與兩熱源的溫度有關(guān),卡諾熱機(jī)效率,應(yīng)用絕熱方程,BC過程,DA過程,兩式比較,卡諾熱機(jī)的效率只由高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟葲Q定，高溫?zé)嵩礈囟仍礁撸蜏責(zé)嵩礈囟仍降停瑒t循環(huán)效率越高；

10、,說明：,高溫?zé)嵩吹臏囟炔豢赡軣o限制地提高，低溫?zé)嵩吹臏囟纫膊豢赡苓_(dá)到絕對零度，因而熱機(jī)的效率總是小于1的，即不可能把從高溫?zé)嵩此盏臒崃咳坑脕韺ν饨缱鞴Α?工質(zhì)把從低溫?zé)嵩次盏臒崃亢屯饨鐚λ鞯墓σ詿崃康男问絺鹘o高溫?zé)嵩?，其結(jié)果可使低溫?zé)嵩吹臏囟雀?，達(dá)到制冷的目的。吸熱越多，外界作功越少，表明制冷機(jī)效能越好。用制冷系數(shù)e表示之。,3、卡諾制冷機(jī)：逆循環(huán),制冷機(jī)的工作原理,制冷系數(shù),,小 結(jié),理想氣體的等溫過程和絕