Ch(热力学的物理基础).ppt

* 工作物质(工质) —— 进行循环的物质系统。 §17-3 循环过程 卡诺循环 一、循环过程 1. 循环过程的定义 系统从某一初态开始经过一系列中间状态又回到它 原来状态的整个过程称为循环过程。 （1）特征：初态==末态，E 为态函数，故 △E = 0, Q = A ，可获得图中曲线所围面积的净功。 循环过程可以看作许多分过程组成。 V P 逆循环 O P V 正循环 O 如果每个分过程都是准静态过程，这样的循环 过程称为准静态循环过程。我们主要研究准静态 循环过程。 （2）过程曲线（P -V图）：准静态循环过程在 P -V 为带有箭头的闭合曲线，箭头表示过程的方 向。（如图） a → b，系统对外作正功 b → a，系统对外作负功（外界对系统作正功） (1)正循环 ( 顺时针方向 ) 净功 0 （面积为正） 热 → 功（热机） Q净吸 = Q吸 - Q放 = A 0 (2)逆循环 ( 逆时针方向 ) 净功 0 （面积为负） 功 → 热 （制冷） Q净吸 = Q吸 - Q放 = A 0 A′外= - A = Q放 - Q吸 0 2. 整个循环过程中对外做的净功： 对于正循环 A 0 ，对于逆循环 A 0 。 由整个循环过程中对外做的净功的定义可知：A 等 于每个分循环对外做功的代数和。 由整个循环过程中从外界吸收的净热量定义可 知：Q 等于每个分循环对外吸收热量的代数和。 3. 整个循环过程中从外界吸收的净热量： 工作物质在循环过程中不断地把热转变成功的 装置称为热机。 整个循环过程中从外界吸收热量的总和 Q吸 ： 4. 热机及其效率 热机 奥托 内燃机 拖拉机 定义为整个循环过程中所有放热分过程吸收热量 之和的绝对值。整个循环过程中从外界吸收的净热量 Q 为： 整个循环过程中向外界放出热量的总和 Q放 ： 定义为整个循环过程中所有吸热分过程吸收热量 之和。 热机的效率定义为： 5. 制冷机及制冷系数 电冰箱 二、卡诺循环 1→2 等温膨胀 吸Q1 2→3 绝热膨胀降温 (T1 → T2) 3→4 等温压缩 放Q2 4 →1 绝热压缩升温 (T2 →T1) 1.卡诺循环的效率： 卡诺循环由两个准静态等温 过程与两个准静态绝热过程组 成。如图 两式相除，得 结论：①卡诺热机的效率只与热源的温度有关。(低温和高温) ②η 1 ( 100% ) 。 T2 越低、T1 越高，则η 越大。 2. 卡诺致冷系数 ——逆循环为卡诺致冷机， 外界对系统作功 例：家用冰箱 T2 = 250K T1 = 310K （室内空气） 即，消耗 1J 电能，从冷冻室取出 4.17J 热能。 [例题] 有一热机，工作物质为 5.8g 空气（作理想气体看 待， ），它工作时的循环由 三个分过程组成，先由状态 a（Pa = 1atm，Ta=300K ） 定体积加热到状态 b（Tb=900K），然后绝热膨胀到状 态 c（Pc = 1atm） ，最后经等压过程回到状态 a 。 （1）画出 P-V 图; （2）求出 Va=? Vc=? Pb=? Tc=? （3）求出一次循环气体对 外做的功; （4）该热机的效率。 b c a V P 过程方向为abca （2）求出 Va、 Vc、Pb、 Tc： 解： （1）P-V图如图所示。 b c a V P 过程方向为abca （3）先求各分过程中气体对 外做的功 b c a V P 过程方向为abca 所以 （4）三个分过程中只有定体积过程升温吸热 作业(P276-277)：5-4-5、5-4-6、5-4-11 b c a V P 过程方向为abca §17-4 不可逆过程和热力学第二定律 一、热力学过程的方向性 1. 自发过程的方向性 任何宏观自发过程都具有方向性。所谓自发过程， 指的是不受外界干涉的条件下所进行的过程。孤立系 统的变化过程是不受外界干涉的，所以孤立系统的变 化过程都具有方向性。 2. 可逆过程与不可逆过程 一个过程，如果每一步都可在相反的方向进行而不 引起外界的其他任何变