第七章热力学讲述.ppt

例题1、一定量的某单原子理想气体，经历如图所示的循环，其中AB为等温线。已知VA=3升， VB=6升，求正循环效率和逆循环的制冷系数。 V(升） p 3 6 B A C 解：先考虑正循环并分解成三个子过程进行计算： A→B过程是等温膨胀，吸热： B→C过程是等压压缩，放热： C→A过程是等体升温，吸热： V（升） p 3 6 B A C 循环过程中吸热的总热Q1： 由热机效率公式，可得： 对于逆循环，上述关于Q1和Q2的计算数值是完全相同的，只是吸、放热的过程正好相反。所以有制冷系数为： 循环的效率与工作物质的多少无关 例题2（7.36）、一定量理想气体（比热容比为γ）的奥托循环是由两个等容过程和两个绝热过程组成的。如图所示。它是四冲程汽油机的工作原理循环。求热机效率。 V p V1 V2 1 2 3 4 解：奥托循环有热交换的过程只有两个，分别计算如下： 4→1过程是等容升温，吸热： 2→3过程是等容降温，放热： 所以，热机效率为： 利用1→2和3→4过程是绝热过程，并使用绝热方程 V p V1 V2 1 2 3 4 四、卡诺循环 卡诺循环在历史上对推动热机效率提高的研究起过非常重要的作用，所以在这里我们将对其进行专门讨论。 1、卡诺循环的组成：卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环，如图所示。 V p V4 V2 1 2 3 4 V1 V3 T1 T2 1→2和3→4过程分别是温度为T1和T2的等温过程。 2→3和4→1过程分别是两个绝热过程，并与上述等温过程形成循环。 1→2过程是等温膨胀，吸热： 3→4过程是等温压缩，放热： 利用2→3和4→1两个绝热过程所满足的绝热方程，我们有： V p V4 V2 1 2 3 4 V1 V3 T1 T2 对卡诺循环，2→3和4→1两个绝热过程曲线下的面积关系？ 卡诺热机的效率公式，指导了热机开发设计的方向，即提高高温 热源的温度T1 或减小T2 ！！！ 2、卡诺热机的效率 相等！ 3、卡诺制冷机的制冷系数 按卡诺循环工作的制冷机叫卡诺制冷机，其制冷系数的相关计算与前面的计算是相同的，即有： 卡诺制冷机的制冷系数告诉我们，制冷机制冷效率（制冷系数）与高温热源和低温热源的温差有关，温差越大制冷效率越低。 另一方面，我们的目的是想要降低低温热源的温度 ，但低温热源温度越低，制冷系数也越小，要进一步制冷就越困难。所以制冷系数是不能够无限制的增大。 第五节 热力学第二定律 一 、热力学第二定律 1、概述： 热运动有其自身的一系列规律。比如，热力学第一定律告诉我们，热运动过程中能量是守恒的。但是，热运动还有其它的一些规律。 例如，我们从实验上可以发现热量可以自动地从高温物体传到低温物体，但不能自动地从低温物体传到高温物体；摩擦力做功可以自发地转化为热量，而热量不能自发转化为对外做功等等。 这些事实表明：热力学过程都具有方向性。 热量不可能全部转变为功而不产生其它影响。 热量可以全部转变为功，但会产生其它影响。比如准静态的等温膨胀过程,Q=A,但体积变化了； 热机的效率η不能等于1，若等于1意味着系统只吸热做功，而不放热，系统恢复原状，而对外界没有产生任何其他影响，这显然违背了热力学第二定律； 单一热源的热机，或第二类永动机（η=1）是不可能制成的。 功热转换可以是自发的，但热功转换不是自发的。 2、热力学第二定律的两种表述 （1）热力学第二定律的开尔文表述： （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到高温物体。 或热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生任何其它影响。 热传导的方向：热量可以自发地由高温物体传到低温物体，反之不行。 3、两种表述的等价性 两个命题等价的逻辑判据： 有开有克（正命题） 有克有开（逆命题） 无开无克（反命题） 无克无开（逆反命题） Q2 A=Q1-Q2 Q2 Q=A 低温热源 高温热源 系统 Q1 Q2 A 无克无开 低温热源 高温热源 制冷机 A Q2 热机 Q1 =A+ Q2 无开无克 二 、可逆过程与不可逆过程 1、可逆过程与不可逆过程的定义： 系统经历一个过程，从状态A变到状态B，如果能使系统进行逆向变化并从状态B变回到状态A ，而且外界也同时恢复原状，则称状态A变到状态B的过程是可逆过程，否则叫不可逆过程。（对不可逆过程而言，是系统不能复原，或是外界不能恢复原状，或是都不能复原） 2、可逆过程是理想过程：无摩擦的准静态热力学过程才是可逆的。 3、实际热力学过程都是不可逆过程： 根据热力学第二定律，自发的热力学过程都是不可逆的。功热转化是单向的，也就是不可逆的，自发热