同济大学物理课件第9章-热力学.ppt

卡诺循环效率： 结论：卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定。 卡诺制冷机： 卡诺制冷系数： 例6 3.2?10 -2 kg氧气作ABCD循环过程。A?B和C ? D都为等温过程，设T1 = 300 K，T2 = 200 K，V2 = 2V1。求循环效率。 D A B C T1=300K T2=200K V2 V1 V p 解： 吸热 放热 吸热 放热 D A B C T1=300K T2=200K V2 V1 V p 例7 计算奥托机的循环效率。c ? d, e ? b为等体过程； b ? c，d ? e为绝热过程。 解： 吸热 放热 V0 V p V a c d e b O V0 V p V a c d e b O §9-5 热力学第二定律 9-5-1 热力学过程的方向性 设在某一过程中，系统从物态A变化到物态B。如果能使系统进行逆向变化，从物态B恢复到初态A，而且在恢复到初态A时，周围的一切也都恢复原状，则该过程称为可逆过程。 自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，所谓可逆过程只是一种理想过程。 可逆机：能产生可逆循环过程的机器。 不可逆机：不能产生可逆循环过程的机器。 如果系统不能回复到原物态A，或者虽能回复到初态A，但周围一切不能恢复原状，则该过程称为不可逆过程。 气体自由膨胀过程的不可逆性 9-5-2 热力学第二定律 开尔文表述：不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响。 第二类永动机不可能制成。 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。 证明热力学第二定律两种表述的一致性： 高 温 热 源 T1 低 温 热 源 T2 A B Q Q = W W Q2 Q + Q2 Q2 Q2 如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立。 高 温 热 源 T1 低 温 热 源 T2 A B W Q2 Q1= Q Q Q Q - Q2 W 如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立。 热力学第二定律的实质在于指出，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。 无摩擦力等耗散力做功的准静态过程才是可逆过程。 9-5-3 卡诺定理 1. 在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切可逆机，不论用什么工作物质，效率相等。 2. 在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切不可逆机的效率不可能高于可逆机的效率。 ≤ 等压过程系统的吸热： 等压过程系统内能的增量： 等压过程系统做功： 3. 摩尔定容热容与摩尔定压热容的关系 迈耶公式： 结论： 同一物态下1 mol 的理想气体温度升高1K，等压过程需要吸收的热量比等体过程吸收的热量多8.31 J。 比热容比： 单原子分子： 双原子分子： 4. 等温过程 等温过程:气体在物态变化过程中温度保持不变。 T = 恒量 ，dE = 0 等温过程的热力学第一定律: p Q Q = W V1 V2 p V O 等温过程系统内能的增量： 等温过程系统做功和吸热： 例1 将500 J的热量传给标准状态下的2 mol 氢。（1）V 不变，热量变为什么？氢的温度为多少？（2）T 不变，热量变为什么？氢的p，V各为多少？（3）p 不变，热量变为什么？氢的T，V各为多少？ 解： （1）Q = ?E，热量转变为内能 Q = W，热量转变为功 （2）T 不变，热量变为什么？氢的p，V各为多少？ Q = W+ ?E，热量转变为功和内能 （3）p不变，热量变为什么？氢的T，V各为多少？ 例2 一定量的理想气体，由物态a经b到达c（图中abc为一直线）。求此过程中： （1）气体对外做的功； （2）气体内能的增量； （3）气体吸收的热量。 p/atm V/L 0 3 2 1 3 2 1 c b a 解: 例3 质量为2.8?10-3 kg，压强为1atm，温度为27℃的氮气。先在体积不变的情况下使其压强增至3atm，再经等温膨胀使压强降至1atm，然后又在等压过程中将体积压缩一半。试求氮气在全部过程中的内能变化，所做的功以及吸收的热量，并画出p -V图。 解 V3 V4 V p/atm 1 3 2 V1 V3 V4 V p/atm 1 3 2 V1 等体过程： 等温过程： V3 V4 V p/atm 1 3 2 V1 等压过程： V3 V4 V p/atm 1 3 2 V1 9-3-2 绝热过程 多方过程 1 理想气体的绝热过程 p V1 V2 p V 绝热过程:气体在物态变化过程中系统和外界没有热量的交换。 绝热