3热力学第一定律课案.ppt

A：高温热库 B：锅炉 C：泵 D：气缸 E：低温热库 蒸汽机是加入水以蒸汽为工质的循环热机。 水泵C将水箱内的水唧入锅炉B后，把水加热变成高温、高压的蒸汽，这是一个吸热使内能增加的过程。 蒸汽通过管道进入汽缸D，在汽缸D内膨胀，推动活塞对外作功；同时蒸汽内能减少。在这一过程中，一部分内能通过作功转化为机械能。 最后蒸汽成为废气，进入冷凝器E，在冷凝器E中通过冷却水，将废气冷却，放出热量，凝结成水，再借水泵C将水唧入水箱，并经水泵C再次将水唧入锅炉B加热，使蒸汽恢复原始状态，然后再进行第二次循环。 2. 热机循环的工作原理 在热机的每一次循环中，工质从高温热库吸收热量 ，增加内能，并将一部分内能通过作功转化为机械能，另一部分内能在低温热库中通过放热 （绝对值）而传给外界，使工质又回到原始状态。 热机循环的 p-V 图 如果循环过程中，各个分过程都是准静态过程，则在 p-V 图上，工质的循环过程可用一条闭合曲线来表示，如图所示。循环曲线 abcda 为一闭合曲线。　 循环过程的特点：工质经一循环，内能不变，ΔE = 0 3. 正循环和热机的效率 上图所示的循环过程abcda，若沿着顺时针方向进行，称为正循环。 注意：任何热机都是按正循环进行工作的。 (1) 净功：在分过程abc中，气体膨胀，系统对外界做正功，其大小 A1 为abcfea 所包围的面积； 在分过程 cda 中，气体被压缩，系统对外界做负功，即外界对系统做正功， 其大小(绝对值) A2 为 cfeadc 所包围的面积。因此，在整个正循环中，系统对外界所作的净功为A = A1 – A2 = p-V 图上循环曲线 abcda 所包围的面积。 因 A1 A2，所以 A 0，即在热机循环中，系统对外界作的净功总是正的。 (2) 净热量：在一个正循环中，系统从高温热库吸收的热量为 Q1，向低温热库放出的热量为 Q2 (绝对值)，所以系统从外界吸收的净热量为： Q = Q1 – Q2 0 在一个正循环中，因内能不变，即 ΔE = 0，根据热力学第一定律可知，净热量等于净功，即 A = Q1 – Q2 (3) 热机效率：为了表述在一个正循环中，工质所吸收的热 Q1 有多少转化为有用功(即净功)A，以评价热机的工作效益，我们定义热机的效率(或正循环的效率)为： 在热机循环中，工质总要向外界放出一部分热量，即 Q2不能等于零，所以热机效率永远是 η 1。例如，早期的蒸汽机效率仅为5% 左右。 4. 逆循环和致冷机的致冷系数 如果p-V图上循环过程总是沿着 adcba 逆时针方向进行的，则称为逆循环。 (1) 致冷机工作原理： 工质作逆循环的机器叫做致冷机(如电冰箱、空调机等)。致冷机与热机的循环过程相反。即依靠外界(如冰箱的压缩机)对工质作功A，使工质由低温热库(如冰箱的冷库)吸收热量 ，然后向高温热库(如大气)放出热量 (绝对值)，从而使低温热库的温度降低。 (2) 致冷机的致冷系数 在致冷机内工质所完成的逆循环中，热量可以从低温热库传向高温热库，但必须以消耗外界的功为代价。由热力学第一定律，在一个逆循环中，因为 ΔE = 0，所以： A外 = Q1 – Q2 或 Q1 ＝ A外 + Q2 在一个逆循环中，工质从低温热库中所吸取的热量 Q2 与外界对工质所作的功 A外 的比值称为致冷机的致冷系数以 w 表示： 若外界作功 A外 越小、从低温热库吸取的热量 Q2 越多，则致冷机的致冷系数越大，标志着该制冷机工作效益越好。 循环过程的特点： 1、经过一个循环系统的内能变化为零，系统吸收的净热量转化为对外做的净功; 2、循环过程一定伴随有吸热过程和放热过程; 小结 沿顺时针方向进行的循环称为正循环或热循环。 沿逆时针方向进行的循环称为逆循环或致冷循环。 冷气机和热泵 如果将致冷机的高温热库置于室外，而使室内空气降温，这就是通常的冷气机；反之将低温热库置于室外，而向室内供热，则叫做热泵。 一台既可以用作降温、又可以供暖的制冷机就是通常所谓的（冷暖）空调机。 课堂习题1：如图所示，AB、CD是绝热过程，DEA是等温过程，该过程系统放出热量100J，BEC是任意过程，以上四个过程组成一循环过程ABCDEA。若其中ECDE所包围面积为70J，EABE所包围的面积为30J。则： (1) 整个循环过程（ABCDEA）中系统对外做功为 40 J (2) 在BEC任意过程中系统从外界吸热为 140 J 课堂习题2 在19世纪上半叶，人们从理论上研究如何提高热机效率。1824年，法国青年工程师卡诺，提出了一种理想热机。这种热机的工质只与两个恒温热库交换能量，并且不存在散热、漏气和摩擦等因素，称为卡诺热机，其循环称为卡诺循环。卡诺循环在理论上指出了提高热机