第16讲热力学基础——循环过程卡诺循环第16讲：热力学基础.DOC

第16讲：热力学基础——循环过程 卡诺循环 内容：§6－5，§6－6 1．等温过程 （10分钟） 2．绝热过程 （20分钟） 3．循环过程 （30分钟） 4．卡诺循环 （40分钟） 要求： 1．掌握等温过程内能、功和热量的变化； 2．掌握绝热过程内能、功和热量的变化； 3．掌握循环过程的特点； 4．理解卡诺循环的特点； 5．掌握热机效率的计算方法。 重点与难点： 1．循环过程的特点； 2．热量效率的计算； 3．卡诺循环的特点。 作业： 思考题：P218：9，10，12，13 练习题：P221：17，191，23 §6－5 理想气体的等温过程和绝热过程 一、等温过程（Isothermal Process） 1．特点：理想气体的温度保持不变，T=const。 2．过程曲线：在PV图上是一条双曲线，叫等温线。 3．过程方程：P1V1= P2V2 4．内能、功和热量的变化 系统经过等温过程，从状态变成 内能 功 由气体状态方程 得 ——用体积表示。 用压强表示为 热量：由热力学第一定律得 5．特征：在等压过程中，系统从外界吸收的热量，全部用来对外作功。 注意：对于等温过程，不能定义摩尔热容；如果要定义，则。 二、绝热过程（Adiabatic Process） 1．特点：系统与外界没有热量交换的过程，Q=0。 2．内能、功和热量的变化 系统经过绝热过程，从状态变成 内能 热量 Q=0 由热力学第一定律 ，得 功 用状态参量P,V表示，根据状态方程，可知 证明：由定义可知， 因而 故 因而 3．特征：在绝热过程中，系统对外界所作的功是由于系统内能的减少来完成的。 4．绝热方程（Possion 公式）： 推导：对绝热过程，由热力学第一定律 即 对理想气体的状态方程 ，取微分 比较得 即 利用Mayer公式和，得 积分 所以 将上式与理想气体的状态方程结合即可得另外的两个式子。 5．绝热线（adiabat）： 在PV图上，绝热线比等温线要陡 等温线的斜率 绝热线的斜率 解释： 等温过程 P∝n，压强的降低只是由于体积的膨胀引起的； 绝热过程 P∝n,T，压强的降低不仅由于体积的膨胀，还因为温度的降低因素； 因而气体体积膨胀相同体积，绝热过程压强的降低要比等温过程的多。 三、多方过程（Polytropic Process） 以上四个特殊的过程在理论上有指导意义，一般情况下进行的过程可用下式表示： n是个常数，叫多方指数，取值一般在之间， 等温过程 绝热过程 等压过程 可视为等体过程（） 说明： （1）理想气体的内能增量为 （2）对各种过程都成立。 §6－6 循环过程 卡诺循环 Thermodynamic Cycle，Carnot Cycle 引言：单独一种变化过程不能持续不断地把热能转化为功。例如，对于理想气体的等温膨胀过程，吸收的热量全部用来对外作功。但是，这个过程是不可能无限制进行下去的。因为气缸的长度是有限的，并且气体膨胀，当压强降低到与外界压强相等时，过程将停止。要持续不断地把热能转化为功，就要利用循环过程。 在历史上，热力学理论最初是建立在研究热机（Heat Engine）工作过程的基础上发展起来的。在热机的工作过程中，被用来吸收热量并对外界作功的物质（工质），往往都在经历着热力学循环过程，即经过一系列变化之后又回到其初始状态。 一、循环过程的定义及其特点 1．定义：系统经过一系列状态变化以后，又回到原来状态的过程叫作热力学系统的循环过程，简称循环。 2．特点：系统经过一个循环以后 1）系统的内能没有变化 2）如果组成某一循环过程的各个过程都是准静态过程，则此循环过程可以用PV图上的一条闭合曲线来表示。系统所有的净功等于PV图上循环过程曲线所围的面积。 二、循环过程的分类及其应用 1．正循环：在