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* §3-5 热力学第一定律应用举例 一、对理气准静态等值过程的应用 p V O V p1 p2 Ⅰ Ⅱ 1、等容过程（p/T=恒） （1）系统从外界吸热 （2）系统对外作功 （3）系统内能增量 2、等压过程（V/T=恒） p V O p V1 V2 Ⅰ Ⅱ （1）系统从外界吸热 （2）系统对外作功 （3）系统内能增量 3、等温过程（pV=恒） p V O p2 p1 Ⅰ Ⅱ V2 V1 （1）系统内能增量 （2）系统对外作功 （3）系统从外界吸热 二、绝热过程(adiabatic process) 1、理气绝热自由膨胀 真空 绝热刚性壁 隔板 T1 T2 （思考：是否为等温过程？） “自由”——气体向真空膨胀而不受任何外界阻力。 由于气体是向真空冲入，所以它对外界不作功，即A=0. 又“绝热” →Q=0. ∴△E=0. ∴理气绝热自由膨胀是等内能的非准静态过程，再次达平衡态时温度复原，T2 = T1. 2、理气准静态绝热过程 （1）特征：?Q=0. （2）过程方程 ?Q=dE+?A=0 ? ?A=pdV= -dE 2 1 联立①、②? （推导参见书p119） ——绝热过程方程（泊松公式） 绝热过程方程还可写成 （3）绝热过程的功 A=Q-△E= - △E 思路2： 思路1： ∴ （试比较两种思路的结果、适用条件） （4）绝热线与等温线的比较 等温线 绝热线 O V p 课后：将理气4种准静态过程（等容、等压、等温、绝热）的吸热、作功及内能变化列表比较。 等温膨胀（E不变） V ??n? E??T? ?p?? V ?? n? ?p? p = nkT 绝热膨胀 绝热线比等温线陡， 因为： §3-6 循环过程 一、循环过程(cycle process) 1、特点： ? E = 0 2、 p-V 图: 准静态循环过程，常用p-V 图上的一条封闭曲线来表示。 循环曲线所包围的“面积”等于一次循环净功的大小。 3、种类： 正循环(热循环)：顺时针进行(一次循环净功A0) 逆循环(致冷循环)：逆时针进行(一次循环净功A0) p V O Ⅰ Ⅱ A ① ② 二、热机简介（了解） 热机——把热能转换为机械能的装置。如蒸汽机、内燃机、汽轮机等。 热机中被用来吸热并对外作功的物质叫工作物质（简称“工质”）。 火力发电厂的热力循环 电力输出 水泵 A1 Q1 锅炉 汽轮机 冷凝器 ?Q2 ? 电力输出 ?A2 ? 冷凝塔 发电机 水泵 除尘器 涡轮 传送带 锅炉 空气 碾磨机 烟筒 水管 喷射给水器 现代火力发电厂结构示意图 现代火力发电厂外貌 三、热机的循环效率(cycle efficiency) 则对外作净功为 A=Q1 -|Q2| . 定义循环效率 p Q1 A |Q2| V O 热循环（正循环） 工质 对一次正循环： 工质从高温热源吸热Q1 向低温热源放热|Q2| ( Q2 0 ) 思考： |Q2|=0 可否？即?=1 可否？ §3-7 卡诺循环 (Carnot cycle) 卡诺循环： 工质只和两个恒温热源交换热量的准静态、无摩擦的循环。 卡诺(Carnot ，法国人，1796-1832) 此循环在p-V图上可由两条等温线和两条绝热线构成。 对理气工质： 1→2： 3→4： 等温过程 绝热过程 2→3： 4→1： （闭合条件） 卡诺热机循环的效率 *