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第七章 热力学基础 §7-5 循环过程 卡诺循环 一、循环过程 特征： 循环工作的物质系统称为工作物质,简称工质。 系统由某一状态出发，经过一系列变化过程后又回到原来的状态，这样的过程称为循环过程。 A B A ?E=0 热力学第一定律：Q = A 分类： 正循环（顺时针）?热 机 逆循环（逆时针）?致冷机 热机 ：持续地将热量转变为功的机器 。 致冷机：利用外界作功使热量由低温处流入 高温处，从而获得低温的机器。 A B A 热机 1、热机效率 热机效率 高温热源 低温热源 热机（正循环） A B 吸收热量总和 放出热量总和（绝对值） 致冷系数 致冷机 高温热源 低温热源 A B 2、致冷系数 致冷机（逆循环） （取绝对值） 吸热 放热（绝对值） 二、卡诺循环： 由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环。 工作物质在两个恒定的的热源（Ｔ１＞Ｔ２）之间工作。 1. 卡诺热机： A A B C D A — B 等温膨胀 B — C 绝热膨胀 C — D 等温压缩 D — A 绝热压缩 卡诺循环 A — B 等温膨胀吸热 C — D 等温压缩放热 A A B C D D — A 绝热过程 B — C 绝热过程 卡诺热机效率 A A B C D 卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高 . 低温热源 高温热源 卡诺热机 A A B C D （1） 要完成一个卡诺循环，必须有高、低温两个热源； （3）两热源的温差越大，则卡诺热机的效率越高。 （2）卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关。 因此提高卡诺热机效率的途径是: 提高高温热源的温度； （4） （T1≠∞,T2 ≠0） 高温热源 低温热源 卡诺致冷机 2、卡诺致冷机 卡诺致冷机致冷系数 A A B C D 图中两卡诺循环 吗 ？ 讨 论 例：一热机中工质循环过程如图，工质为1mol 氧气，bc为等温过程，求热机效率？ a 0 22.4 1 P(atm) V ( L ) 44.8 b c 问题的提出 热力学过程必须满足热力学第一定律，是否满足热力学第一定律的过程就一定会发生？ 循环 A=Q Q T 1 T 1 T 2 Q ( a ) ( b ) 例： 可能吗？ §7-6 热力学第二定律 一、 开尔文表述： *实质是：功可以全部转变为热，而热不能无条件地全部转变为功。 *表明了热功转换的不可逆性。 注：1、“循环工作” 2、单热源热机（第二类永动机）是不可能制成的，即热机的效率? 100%. 不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只从一个热源吸收热量，使之完全变为有用的功，而其它物体不发生任何变化。 二、 克劳修斯表述 ： 热量不能自动地从低温物体传向高温物体。 * 表明了热量传递的不可逆性 。 * 要使热量从低温物体传给高温物体，必须有外界做功。 三、两种表述是等价的 1. 如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立 高 温 热 源 T1 低 温 热 源 T2 热机 致冷机 Q Q=A A Q2 Q+Q2 Q2 Q2 2. 如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立 高 温 热 源 T1 低 温 热 源 T2 致冷机 热机 A Q2 Q1 Q2 Q2 Q1-Q2 A 热二律指出了自然界所发生的自发物理过程是 有一定方向的。 热二律则说明，满足能量守恒的过程不一定能实现。 热一律说明在任何物理过程中能量必须守恒。 热二律与热一律彼此独立又互相补充 解: 这个循环只有一个单热源，它把吸收的热量全部转变为功即?＝100％，并使周围没有变化。显然这是违反热力学第二定律的，因此两条绝热线不能相交。 例题7-6 试证在 p-V 图上两条绝热线不能相交。 Ⅲ Ⅰ Ⅱ p V A 第七章 热力学基础