[物理]7热力学基础.ppt

二、热力学概率与玻尔兹曼熵 1、热力学概率：定量描述自然过程的方向性 不可逆过程的初态和终态存在怎样的差别? 假设A中装有a、b、c、d 4个气体分子(用四种颜色标记)开始时,4个分子都在A部,抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内作无规则运动。 分布(宏观态)分子总个数 详细分布(微观态)具体某个分子 A4B0(宏观态) 微观态数 1 A3B1(宏观态) 微观态数4 A2B2(宏观态) 微观态数 6 二、致冷系数(逆循环) 整个(逆)循环过程：工质对外作负功；工质从外界吸收热量的总和为Q2； 放出给外界的热量总和为Q1 放出的热量大于吸收的热量:是因为外界所作的功最终也转化为热量并被放出去。 致冷系数：衡量致冷机的效能 致冷机:按逆循环工作的机器。工作原理:在外界对工质作功的条件下(-A净) 0,工质才能从低温热源吸收热量Q2 ,从而使低温热源的温度降低.外界对它所作的功(-A净)以热量的形式传递给高温热源 Q1 。 分析致冷机的效能：如果从低温热源处吸取的热量 Q2 越多，而外界对工质所作的功 (-A净) 越少，则致冷系数 e就越大，致冷机的致冷效能就越好。致冷系数 e 可以大于 1。 电冰箱制冷原理:绝热压缩过程→等压压缩过程→绝热膨胀过程→等压膨胀过程 电冰箱工作原理：压缩机将处于低温低压的气态制冷剂(氟里昂或氨等)，压缩至1MPa (10atm)的压强，温度升到高于室温(绝热压缩过程-高温高压)；进入散热器放出热量Q1并逐渐液化进入储液器(等压压缩过程)；再经过节流阀膨胀降温(绝热膨胀过程-降温)最后进入冷冻室吸取电冰箱内的热量Q2，液态致冷剂汽化 (等压膨胀过程-吸热)。然后再度被吸入压缩机进行下一个循环。整个致冷过程就是通过压缩机(外界)作功(-A净)，将从冷冻室出来的低温低压气态致冷剂变为高温高压的气态，然后通过散热器放出热量Q1，变为液态----再变成气态，吸取热量Q2 --循环工作达到制冷降温的目的。 三、卡诺循环 问题：在两个温度一定的热源之间工作的热机所能达到的最大效率是多少？ 高温热源T1 低温热源T2 工质 理想的热机循环：假设工作物质只与两个恒温热源交换热量,在高温热源处吸热,在低温热源处放热,并假定所有过程均为准静过程. 正循环 由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程所组成的循环称之为卡诺循环。 1?2:等温膨胀过程与温度为T1的高温热源接触,T1不变,体积由V1膨胀到V2,从热源吸收热量 2?3：绝热膨胀,体积由V2变到V3,吸热为零. 3?4：与温度为T2的低温热源接触,T2不变,体积由V3压缩到V4,从热源放热为: 4?1：绝热压缩,体积由V4变到V1,吸热为零. 对绝热线23和41： 两式相除，得 说明： (1)完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温 和低温热源 (2)卡诺循环的效率只与两个热源温度有关 (3)卡诺循环效率总小于1 (4)在相同高温热源和低温热源之间的工作的 一切热机中，卡诺循环的效率最高。 逆向卡诺循环反映了制冷机的工作原理，其能流图如图所示： 工质把从低温热源吸收的热量Q2和外界对 它所作的功A净以热量的形式传给高温热源Q1 高温热源T1 低温热源T2 工质 致冷系数 卡诺致冷机的致冷系数也只与两个热源的温度有关：高温热源的温度越高,低温热源的温度越低,致冷系数越小,意味着从温度越低的冷源中吸取相同的热量,外界需要消耗更多的功。 例 1mol氧气作如图所示的循环.求循环效率. 解:由图知为正循环—等压、等体、等温 Q p V V 0 p 0 等 温 a b c 0 0 2V Q Q ca ab bc Q p V p V 0 0 0 等 温 a b c 0 2V Q Q ca ab bc (1)从 a 到 b 为等压膨胀过程 (2)从 b 到 c 为等体过程 Q p V p V 0 0 0 等 温 a b c 0 2V Q Q ca ab bc a到b为等压过程 (3)从 b 到 c 为等温压缩过程 Q p V p V 0 0 0 等 温 a b c 0 2V Q Q ca ab bc 例7.4 一卡诺致冷机从温度为-100C的冷库中吸取热量,释放到温度270C的室外空气中,若致冷机耗费的功率为1.5kW,求:(1)每分钟从冷库中吸取的热量;(2)每分钟向室外释放的热量. 解: (1)每分钟从冷库中吸取的热量 (2)每分钟向室外释放的热量 根据致冷机的致冷原理制成的供热机—热泵 冬天:将空调机的冷冻器放在室外—吸取热量散热器放在室内—放出热量,达到供热的目的上例中：供热 Q1 最经济的供热方式! 致冷机既可制冷,也可供热! 7-6 热力学第二定律 问题的提出:由热机的效率公式可见,向低