7-2绝热过程、循环过程课程.ppt

* 热力学第一定律 1. 等体过程 2. 等压过程 3. 等温过程 摩尔热容量： 定体摩尔热容量 定压摩尔热容量 比热容比： §7.4 绝热过程 绝热过程： 的过程。 特点： 由 下列条件下的过程可视为绝热过程： 系统和外界没有热量交换的过程。 ▲ 良好绝热材料包围的系统发生的过程； ▲ 进行得较快而来不及和外界发生热交换 绝热的汽缸壁和活塞 ① ② ① ② ： 一、过程方程 — 绝热过程方程 ∴ 或 自己推导 另有 与 结合 （泊松方程） 2 等温 1 2′ 绝热 O V p 等温膨胀（U不变） V ??n? U??T? p2 p2? ?p?? V ?? n? ?p? 绝热线比等温线陡 （1）p = nkT 绝热膨胀 因为： 二、过程曲线 （2）由过程方程 绝热功 两条绝热线不可相交 例：判断下图中那些过程可实现？ 或 例：测定空气 的实验。初时活门关闭： 室温 ；打开活门膨胀：压强 ，气体的温度略有降低。关闭活门，气体温度等于室温时，压强 。 证明： 实验可分为两个阶段：一是绝热过程，体积膨胀后冲出瓶外的气体不去考虑，以留在瓶中的气体为研究对象。二是等容过程，气温回升。 (1)代入（2）： (1) （2） 两边取对数： 三、 绝热自由膨胀 （非准静态绝热过程） 真空 绝热刚性壁 隔板 T1 T2 对理想气体： 器壁绝热： Q = 0 向真空膨胀：A = 0 热一律 U1 = U2 T1 = T2 对真实气体： 分子力以引力为主时 T2 T1 分子力以斥力为主时 T2 T1 （是否等温过程？） 例1 设有 5 mol 的氢气，最初温度 ，压强 ，求下列过程中把氢气压缩为原体积的 1/10 需作的功: （1）等温过程（2）绝热过程 （3）经这两过程后，气体的压强各为多少？ 1 2 常量 解 （1）等温过程 （2）氢气为双原子气体 由表查得 ，有 已知： 1 2 常量 （3）对等温过程 对绝热过程， 有 1 2 常量 例2 氮气液化， 把氮气放在一个绝热的汽缸中.开始时,氮气的压强为50个标准大气压、温度为300K；经急速膨胀后，其压强降至 1个标准大气压，从而使氮气液化. 试问此时氮的温度为多少？ 解 氮气可视为理想气体， 其液化过程为绝热过程. 氮气为双原子气体由表查得 例3 求：终态的 T =? 解： 在该过程中，虽然 He 和 O2之间有热和 He O2 T T ?1 ?2 刚性绝热壁 不漏气无摩 擦的导热板 He O2 ?1 T2 T1 ?2 挡块 （可撤掉） 温度为T2的O2气经历如图所示的过程。 已知：?1 mol、温度为T 1的He气和?2 mol、 功的交换，但它们总体的内能是不变的。 得 热机发展简介 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸气机 ，当时蒸气机的效率极低 . 1765年瓦特进行了重大改进 ，大大提高了效率 . 人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题， 一方面指明了提高效率的方向， 另一方面也推动了热学理论的发展 . §7.6 循环过程（cycle process） 各种热机的效率 液体燃料火箭 柴油机 汽油机 蒸气机 热机 : 持续地将热量转变为功的机器 . 热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质称为工作物质。 一、循环过程及热机效率： 实例：火力发电厂的热力循环 过程叫循环过程。 系统经一系列变化后又回到初态的整个 水泵 A1 ?A2 ? Q1 锅炉 汽轮机 冷凝器 电力输出 ?Q2 ? 绝热 V O |Q2| p饱 p Q1 A 热机一定是正循环，净功大于零 锅炉 烟筒 现代火力发电厂结构示意图 碾磨机 空气 喷射给水器 发电机 水管 冷凝塔 除尘器 涡轮 水泵 传送带 定义热循环效率 p Q1 A |Q2| V 0 热循环（正循环） 工质 如果循环的各阶段均为准静态过程，则循环过程可用状态图（如 p ? V 图）上的闭合曲线表示。 总吸热 净吸热 总放热 （取绝对值） 2 Q 共同特点： 热机中的工作物质从高温热源吸热，增加系统的热力学能，其中部分热力学能通过做功转化成机械能，另一部分则在低温热源处释放，工作物质回到原态。 热机的本质： 把热运动能量转化成机械能的机器，只不过这种转变不是直接进行的，而是通过工作物质来完成的。