卡诺循环第二定律.pptVIP

法国青年工程师，热力学的创始人之一，是第一个将热与动力联系起来的人。 他出色地、创造性地用“理想实验”的思维方法，提出了一个工作在两热源之间的最简单但有重要理论意义的热机循环——卡诺循环，创造了一部理想的热机 (卡诺热机)，找到了在两个给定热源温度下，热机效率的理论极限，提出了著名的卡诺定理。 萨迪?卡诺 (Sadi Carnot) (1796-1832) 卡诺循环 (Carnot cycle) 卡诺循环：由两个准静态等温和两个准静态绝热过程组成的一种理想循环。 高温热源 T1 低温热源 T2 ab 过程：等温膨胀，吸收热量 Q1 cd 过程：等温压缩，放出热量 Q2 bc 过程：绝热膨胀，对外做功： ，过程方程： da 过程：绝热压缩，对外做功： ，过程方程： V O p 两式相比： 得到： 卡诺循环的过程分析 卡诺循环的效率 根据循环效率的普遍定义： 高温热源 T1 低温热源 T2 卡诺循环的效率： 尽管卡诺循环式理论上的一种理想循环，严格的绝热过程不易达到，热机的工作过程也不可避免的存在摩擦，但是，上述结果指出了提高热机效率的基本途径，即： （1）提高高温热源的温度T1， （2）降低低温热源的温度T2. 卡诺热机必须有两个热源； 卡诺热机的效率与工作物质无关，只与两热源温度有关； 波音飞机不用价格较贵的高标号汽油作燃料，而采用航空煤油作燃料。 3. 为提高热机效率，要求两热源间温差越大越好，即T2/T1越小越好。 日本开发了陶瓷发动机，其良好的绝热性能可保持高温热源的温度。 讨 论 卡诺逆循环（卡诺制冷机） 低温热源 T2 高温热源 T1 W Q1 Q2 (p1, V1, T1) (p2, V2, T2) (p3, V3, T2) (p4, V4, T1) ad 过程：对外作功 dc 过程：对外作功 cb 过程：外界作功 ba 过程：外界作功 ad 过程：绝热膨胀，温度从 T1 降低至 T2 dc 过程：等温膨胀，吸收热量 cb 过程：绝热压缩，外界对系统作功，温度升至 T1 ba 过程：等温压缩，放出热量 外界所作的净功： 卡诺制冷机的制冷系数： 证明：卡诺循环的两条绝热线下面所覆盖的面积 S1 和 S2 大小相等。 证明：过程曲线下所覆盖的面积大小表示该过程作功的大小 绝热过程中吸热为零，故，绝热过程的功为： 例：如图所示的p-V状态图，若两个卡诺正循环曲线所包围的面积S1和S2大小相等，则此两循环系统对外 相等。 所作的净功 例：在所示p-V图中，有三条等温线和两条绝热线，分别求其所组成的三个卡诺正循环 abcd 、dcef 和 abef 的效率 η1、 η2和 η3。 例：一卡诺热机，T2=280K，η卡=40%。(1) T1= ？K；(2) 欲将效率 η卡 提高到η‘卡=50%，问若 T2 不变， T1 要升高多少K，若 T1 不变，T2 要降低多少K？ 解: (1) 卡诺热机的效率： (2) 从技术和经济上考虑，将高温热源从194oC升高到287oC，比降低温热源从3oC降到- 40oC更加容易和廉价。 热力学第二定律 违背热力学第一定律的过程都不可能发生。 观察与实验表明，自然界中一切自然过程总是按照一定的方向进行的。 热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化过程中必须遵循的规律，但并未限定过程进行的方向。 不违背热力学第一定律的过程是否一定能够发生？ 落叶永离；覆水难收；死灰难复燃；破镜难重圆；人生易老，岂可返老还童？ 高温物体 低温物体 Q 高温物体 低温物体 Q 会自动发生 不会自动发生 1. 热传导 几个实例： 气体自由膨胀 会自动发生 气体自动收缩 不会自动发生 2. 气体的自由膨胀 3. 功热转换 气体自由膨胀 会自动发生 气体自动收缩 不会自动发生 功转变成热量 会自动发生 热量自行转变成功 不会自动发生 选自哈佛大学“project physics” 不违背热力学第一定律的过程并非都能够发生：热量不可能自发的由低温物体传向高温物体；气体的体积不可能自发的等温缩小；热量不可能在不引起其它变化的条件下全部转变为功；…… 。 对此类问题的解释需要一个独立于热力学第一定律的新的自然规律。 一、可逆过程与不可逆过程 可逆