大学物理：第09章热力学定律教案详解.ppt

所有微小卡诺循环叠加 无限细分锯齿曲线无限接近原来的可逆循环 克劳修斯等式 设可逆循环 1a2b1 P V o 1 2 a b 定义状态函数 S： 可逆 表明沿可逆过程的 的积分，只取决于始末状态，而与过程无关。因此可以认为存在一个新的态函数，克劳修斯称这个态函数为“熵”。 P V o 1 2 a b 对于微小过程 例如理想气体准静态绝热过程 综合了热力学第一、第二定律的可逆过程的基本 热力学关系式。 可逆 由热力学第一定律 3. 对可逆过程 4. 对不可逆过程 可以设计一个连接两状态可逆过程，计算相应的熵变。 二、熵的计算 1. 熵是态函数 2. 熵是广延量 可逆 [例 9-9] 试求1mol理想气体由初态（P0 ,T0 ,V0 ）经某一过程到达终态（P1， T1， V1）的熵变。 解： T S P V Q 三、温熵图 Q=A T S a b T S 以S 为横坐标，T 为纵坐标 温熵图上一条曲线表示一个 准静态过程。 曲线下面积 对于闭合曲线 温熵图又称示热图。 卡诺循环 Q=A T S T1 T2 S1 S2 效率与?S无关，说明相同高低温热源之间所有可逆卡诺循环效率都相同！ [例 9-10] 设一卡诺机工作于高低温热源之间（T1，T2）， 求每次循环工作物质和两热源这个系统的熵变。 解： 为什么？ 工作物质 两热源 负号 一系统，或工作物质，经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程，简称循环。 若循环为准静态过程，在 P-V 图中对应闭合曲线。 一、循环过程 9.4 循环过程　卡诺循环过程 正循环 逆循环 o P V 若系统状态沿顺时针方向变化则称正循环 若系统状态沿逆时针方向变化则称逆循环 在任何一个循环过程中，系统所作的净功应有P-V　图上闭合曲线所包围的面积表示。 正循环 AaB： Qa1 BbA： Qa2 Qa1 Qa2 注： 正循环过程对应热机， 净功： 逆循环对应致冷机。 P V B A b a 热机效率： 致冷系数： 能量转化关系图 温度可调 高温热源 温度可调 低温热源 A 热 Q1 Q2 温度可调 高温热源 温度可调 低温热源 冷 A Q1 Q2 二、卡诺循环 十九世纪初，蒸汽机效率很低，只有 5%，人们花了近五十年进行改进，效率只提高到 8%。为此人们在理论上研究热机效率。 1824年，法国 28 岁工程师卡诺采用科学抽象的方建立了理想化的模型，即卡诺热机。用卡诺循环来研究问题。 Ｔ1 高温热源 T2 低温热源 A 热机 Q1 Q2 P o V a b c d V1 V2 V4 V3 P1 P2 P3 P4 Q1 Q2 T1 T2 吸收热量 放出热量 P o V a b c d V1 V2 V4 V3 P1 P2 P3 P4 Q1 Q2 T1 T2 卡诺循环 讨论： 1.卡诺循环是最简单的循环过程。 逆向循环时为卡诺冷机 2.卡诺循环效率 3.卡诺循环效率小于1。 制冷系数 思考：卡诺循环 1、 2，若包围面积相同，功、效率是 否相同？ 1 2 o V P o P V 思考：两卡诺循环 ，ABCDA,EFGHE，面积 求（1）效率之比　（2）吸热之比 T1 T2 A B C D E F G H P o V 家用制冷机——冰箱、空调 A 夏天冷气机 A 冬天热泵 热泵供热系数 [例 9-4] ? 摩尔理想气体经历如图循环计算效率。1?2, 3?4 为绝热过程；2?3，4?1 为等容过程。（已知V1 , V2 ） 2?3 吸热 4?1 放热 解： 2 3 4 1 o V2 V P V1 这种循环是小汽车、摩托车中 使用的汽油机的循环模型，即 奥托循环。 1?2, 3?4 为绝热过程 2 3 4 1 o V2 V V1 放热！ 解： G o A B C D E F T1 T2 T3 [例 9-5] 循环ABCDEFA 等温：AB，CD，EF 绝热：BC，DE，FA 求： P V 延长绝热线BC 至G 则原来的循环由两个循环构成 END 定义自发过程：孤立系统中自动进行的过程 事实证明：自发过程具有确定的方向 9.5 热力学第二定律 热力学过程必须满足能量守恒，即必须满足热力学第一定律，但是满足热力学第一定律的过程是否就一定能实现？ 例如效率为百分之一百的热机能否实现（第二类永动机）？ 一、自发过程的方向性 1. 气体向真空绝热膨胀 自发过程 非自发过程 温度不变 A B 下面来求始末两状态间温度关系 2. 被摩擦的机体温度升高 3. 导体中电流产生热效应 4. 温度不同的导体最终达到平衡温度 可以看出：热功转换具有方向性 热传导具有方向性！ 二、热力学第二定律