第18章-热力学第一定律祥解.ppt

第18章 热力学第一定律 §18.1 准静态过程 §18-2 功 热量 热力学第一定律 §18.3 热 容 §18.4 绝热过程 §18.5 循环过程 §18.6 Carnot 循环 [例1] 如图所示，使1mol氧气做循环abca，其中 ab为等温过程。 求 循环过程中气体吸收的热量和所做的功？ [例2] 1mol单原子分子理想气体的循环过程如图所示。其中，c点的温度为Tc=600K。 求 (1)ab，bc，ca 各个过程中气体吸收的热量？ (2)经历一个循环气体所做的净功？ (3)循环的效率？ [例2] 一定量的理想气体，从同一状态开始使其体积由V1膨胀到V2，分别经历以下三种过程：a 等压过程，b 等温过程，c 绝热过程。其中，________过程气体吸收的热量最多。 (1) 等压过程 [例1] 一定量的理想气体，从P—V 图上初态a经历(1)或(2)过程到达末态b，已知a、b两态处于同一条绝热线上（图中虚线为绝热线），则气体在_______ A （1）过程中吸热， （2）过程中放热 B （1）过程中放热， （2）过程中吸热 C 两种过程中都吸热 D 两种过程中都放热 a b (1) (2) V p O · · [ B ] §3-5 绝热过程 ? 气体的自由膨胀过程 2. 绝热自由膨胀 和 绝热节流过程 绝热自由膨胀和绝热节流过程是非准静态的绝热过程。 对于理想气体： E = E(T) ，有DT = 0。 绝热壁 因为自由膨胀，所以系统对外不做功，即 §3-5 绝热过程 ? 气体的绝热节流过程 多孔塞 或 绝热节流过程中气体的焓不变。 节流阀 §3-5 绝热过程 如果实验中取 p1 = 2 atm ，p2 = 1 atm ，理想气体状态方程可以适用。但实验测得： 。 重新对理想气体下定义：严格遵从 pV = nRT，且内能只是温度函数的气体。 引入 Joule-Thomson 系数： 理想气体 a = 0；实际气体有两类： 正 J-T效应； CO2、空气等负 J-T效应。 H2（常温下） 实验的意义：理论上说明了实际气体内能不仅仅是温度的函数；工业上找到了一种制备低温的方法。（如干冰） (CO2 降 0.75K) Cyclic Process 一.循环过程 如果循环是准静态过程，则在P–V 图上构成一闭合曲线。 如果物质系统的状态经历一系列的变化后，又回到了原状态，就称系统经历了一个循环过程。 系统（工质）对外所做的净 功 1. 循环 V p O b a · · 等于 闭合曲线围的面积。 2. 循环过程的特点 3. 正循环、逆循环 正循环——顺时针 A 0； A 0 逆循环——逆时针 a c Q1 Q2 b d V p O · · 二、热机循环 热机：工作物质从热源吸收热量，再利用系统的体积膨胀对外做功。 一切热机工作都是正循环过程。 低温热库 高温热库 A = Q1 - Q2（净吸热） 设 Q1 = |Qabc| ——吸热（从高温热库) Q2 = |Qcda| ——放热（向低温热库) 热机的工作效率---- a c Q1 Q2 d b V p O · · 致冷系数： 高温热库 低温热库 外界对系统做的净功： 三、致冷循环 致冷机：由外界作功，将热量从低温热源送致高温热源，从而使低温热源的温度降低的装置。 设 Q1 = |Qcda| ——放热（向高温热库) Q2 = |Qabc| ——吸热（从低温热库) A’ = -A = Q1 - Q2 0（净放热） 致冷机工作都是逆循环过程。 进气 ① ② ③ [例1] p. 61 例18.8 Otto 循环 解：四个冲程： ④ d ? a ? a’ ① a’ ? a ② a ? b 排气 ④ ① ② ③ ④ ③ b ? c ? d 引入压缩比： [例2] 如图所示，理想气体的准静态 Diesel 循环（四冲程柴油机）为： ① a ? b 绝热压缩；② b ? c 等压吸热；③ c ? d 绝热膨胀；④ d ? a’等体放热。试求其工作效率。 解： ① ② ③ ④ 绝热压缩比：定压膨胀比： 引入 Carnot Cycle §3-7 Carnot 循环 从十八世纪初蒸汽机被发明（Bapin,法）之后，直到十九 世纪初，其效率很低(百分之几)。提高效率的研究一直在进行。1824年，法国年轻的工程师 S. Carnot 从理论上提出了一种理想的循环，即： Carnot 循环——工作物质只与两个恒温热库交换热量的循环 Carnot 循环由两条等温线和两条绝