第16讲循环过程与卡诺循环祥解.ppt

大学物理电子教案 第16讲 循环过程与卡诺循环 7.4 理想气体的等温过程和绝热过程 等温过程 绝热过程 绝热线和等温线 7.5 循环过程 卡诺循环 循环过程 卡诺循环 塔里木大学教学课件 复 习 热学的研究对象及其分类 气体物态参量 平衡态与准静态过程 理想气体的物态方程 功 热量 内能 热力学第一定律 热力学第一定律在理想气体的等体和等压过程的应用 摩尔热容 7.4 理想气体的等温过程和绝热过程 一、等温过程 特点： 理想气体的温度保持不变，T=const 过程曲线： 在PV图上是一条双曲线，叫等温线。 过程方程： p V 内能、功和热量的变化 系统从外界吸收的热量，全部用来对外作功。 二、绝热过程 1、绝热过程 特点： 系统与外界没有热量交换的过程，Q=0。 内能和功的变化 特征： 在绝热过程中，系统对外界所作的功是由于系统内能的减少来完成的。 2、绝热方程 推导：对绝热过程，由热力学第一定律 对于理想气体 考虑 将上式与理想气体的状态方程结合即可得另外两式。 绝热过程计算功的方法 将绝热方程 代入 得 三、绝热线和等温线 绝热线 等温线 斜率 斜率 因为 ? =CP,m/CV,m?1，所以绝热线比等温线更陡 四、多方过程 实际上，气体所进行的过程，常常既不是等温又不是绝热的，而是介于两者之间，可表示为 PVn =常量 （n为多方指数） 凡满足上式的过程称为多方过程。 n =1 —— 等温过程 n =? —— 绝热过程 n= 0 —— 等压过程 n =? —— 等容过程 一般情况1? n ? ?，多方过程可近似代表气体内进行的实际过程。 说明： 理想气体的内能增量为 理想气体的状态方程对各种过程都成立。 多方过程的功 吸收热量 多方过程内能的变化 在热机中被用来吸收热量并对外作功的物质叫工作物质，简称工质。工质往往经历着循环过程，即经历一系列变化又回到初始状态。 2、特点： 若循环的每一阶段都是准静态过程，则此循环可用P-V图上的一条闭合曲线表示。工质在整个循环过程中对外作 的净功等于曲线所包围的面积。 系统经过一个循环以后，系统的内能没有变化 7.5 循环过程 卡诺循环 一、循环过程 1、定义： 系统经过一系列状态变化以后，又回到原来状态的过程叫作热力学系统的循环过程，简称循环。 沿顺时针方向进行的循环称为正循环。 沿逆时针方向进行的循环称为逆循环。 二、热机和制冷机 1、循环过程的分类 p V a b c d 正循环 p V a b c d 逆循环 2、热机 工作物质作正循环的机器，称为热机，它是把热量持续不断地转化为功的机器。 正循环的特征： 一定质量的工质在一次循环过程中要从高温热源吸热Q1，对外作净功W，又向低温热源放出热量Q2。并且工质回到初态，内能不变。 工质经一循环 W= Q1-Q2 热机效率或循环效率： 表示热机的效能 高温热源 T1 低温热源 T2 Q1 Q2 W T1 Q1 T2 Q2 泵 |W| 气缸 逆循环的特征： 制冷机经历一个逆循环后，由于外界对它作功，可以把热量由低温热源传递到高温热源。在一个循环中，外界作功W，从低温热源吸收热量Q2，向高温热源放出热量Q1。并且工质回到初态，内能不变。 制冷系数： 表示制冷机的效能 高温热源 T1 低温热源 T2 Q1 Q2 W 3、制冷机 工作物质作逆循环的机器，称为制冷机，它是把热量从低温热源抽到高温热源的机器。 三、卡诺循环 法国工程师、热力学的创始人之一。 他创造性地用“理想实验”的思维方法，提出了最简单、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。1824年卡诺提出了对热机设计具有普遍指导意义的卡诺定理，指出了提高热机效率的有效途径，揭示了热力学的不可逆性，被后人认为是热力学第二定律的先驱。 概念：卡诺循环过程由四个准静态过程组成，其中两个是等温过程和两个是绝热过程组成。卡诺循环是一种理想化的模型。 分类 正循环——卡诺热机 逆循环——卡诺制冷机 1、卡诺循环 A B C D P V 0 V1 V4 V2 V3 T1 T2 p1 p4 p2 p3 Q1 Q2 A?B：等温膨胀过程，体积由V1膨胀到V2，内能没有变化，系统从高温热源T1吸收的热量全部用来对外作功 B?C：绝热膨胀，体积由V2变到V3，系统不吸收热量，对外所作的功等于系统减少的内能 2、卡诺热机：正循环 卡诺热机的四个过程 C?D：等温压缩过程：体积由V3压缩到V4，内能变化为零，系统对外界所作的功等于向低温热源T2放出的热量 D?A：绝热压缩绝热压缩