大学物理下册上课课件ch12精要.ppt

将热力学第一定律应用于绝热过程方程中，有 12.4 循环过程、卡诺循环 一.循环过程 如果循环是准静态过程，在P–V 图上就构成一闭合曲线 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）对外所作的净功 1. 循环 V p O Ⅱ Ⅰ · · 2. 正循环、逆循环 正循环(循环沿顺时针方向进行) 逆循环(循环沿逆时针方向进行) （系统对外作功） Ⅰ Ⅱ Q1 Q2 a b V p O 根据热力学第一定律，有 （系统对外作负功） 正循环也称为热机循环 逆循环也称为致冷循环 · · Ⅰ Ⅱ Q1 Q2 a b V p O · · · · 二. 循环效率 在热机循环中，工质对外所作的功A 与它吸收的热量Q1的比值，称为热机效率或循环效率 一个循环中工质从冷库中吸取的热量Q2与外界对工质作所的功A 的比值，称为循环的致冷系数 1 mol 单原子分子理想气 体的循环过程如图所示。 (1) 作出 p?V 图 (2) 此循环效率 解 例 求 c a b 600 2 1 a c 1 600 300 b 2 T(K） V（10-3m3） O V（10-3m3） O p（10-3R） (2) ab是等温过程，有 bc是等压过程，有 (1) p?V 图 ca是等体过程 循环过程中系统吸热 循环过程中系统放热 此循环效率 三、 卡诺循环 、 卡诺定理 1. 卡诺循环 卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成 1） 卡诺热机的效率 a b c d Q1 Q2 p V O V1 p1 V2 p2 V3 p3 V4 p4 气体从高温热源吸收的热量为 气体向低温热源放出的热量为 对bc﹑ da应用绝热过程方程，则有 (1) 理想气体可逆卡诺循环热机效率只与 T1，T2 有关,温差 越大，效率越高。提高热机高温热源的温度T1 ，降低低 温热源的温度T2 都可以提高热机的效率.但实际中通常 采用的方法是提高热机高温热源的温度T1 。 讨论 卡诺循环热机的效率为 (2) 可逆卡诺循环热机的效率与工作物质无关 2） 卡诺致冷机的致冷系数 a b c d 卡诺致冷循环的致冷系数为 当高温热源的温度T1一定时，理想气体卡诺循环的致冷系数只取决于T2 。 T2 越低，则致冷系数越小。 说明 p V O V1 p1 V4 p4 V3 p3 V2 p2 Q2 Q1 由bc﹑ da绝热过程方程，有 1）在温度分别为T1 与T2 的两个给定热源之间工作的一切可 逆热机，其效率 相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的 效率，即 2. 卡诺定理 2） 在相同的高、低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率。 说明 (1) 要尽可能地减少热机循环的不可逆性，（减少摩擦、 漏气、散热等耗散因素 ）以提高热机效率。 (2) 卡诺定理给出了热机效率的极限。 12.5 热力学第二定律 不可逆过程 由热力学第一定律可知，热机效率不可能大于100% 。那么热机效率能否等于100%（ ）呢？ ? ? ? ? 地球 热机 Q1 A 若热机效率能达到100%, 则仅地球上的海水冷却1℃ , 所获得的功就相当于1014t 煤燃烧后放出的热量 单热源热机(第二类永动机)是不可能的。 热源 热源 1. 热力学第二定律的开尔文表述 不可能只从单一热源吸收热量，使之完全转化为功而不引起其它变化。 (1) 热力学第二定律开尔文表述 的另一叙述形式:第二类永动 机不可能制成 说明 (2) 热力学第二定律的开尔文表述 实际上表明了 2. 热力学第二定律的克劳修斯表述 热量不能自动地从低温物体传向高温物体 (1)热力学第二定律克劳修斯表述的另一 叙述形式:理想制冷机不可能制成 说明 (2)热力学第二定律的克劳 修斯表述 实际上表明了 3. 热机、制冷机的能流图示方法 热机的能流图 致冷机的能流图 高温热源 低温热源 低温热源 高温热源 4. 热力学第二定律的两种表述等价 (1) 假设开尔文 表述不成立 克劳修斯表述不成立 高温热源 低温热源 (2) 假设克劳修 斯 表述不成立 开尔文表述不成立 低温热源 高温热源 用热力学第二定律证明：在p?V 图上任意两条绝热线不可能相交 反证法 例 证 a b c 绝热线 等温线 设两绝热线相交于c 点，在两绝热线上寻找温度相同 的两点a、b。在ab间作一条等温线， abca构成一循环过程。在此循环过程该中 V