[理学]6热力学基础.ppt

非准静态过程为不可逆过程 . 不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程. 准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程 . 可逆过程的条件 自然界中自发的热力学过程都是不可逆的，比如燃烧、扩散、生命过程等都不是可逆过程。 二 热力学第二定律 问题的提出:能否制造效率等于100%的热机? 当|Q2|=0时, A=Q1,η=100% 高温热源T1 低温热源T2 工作物质从单一热源吸收热量而对外作功。 对于致冷机:能否制造不需要外界作功,致冷系数 达到无限大的致冷机? 低温热源T2 高温热源T1 当|Q2|=Q1时, |A|=0, ω=∞ 热量可以自动地从低温物体传向高温物体。 从单一热源吸热并将其全部用来作功，而不放出热量给其它物体的机器(? =100%) 。 高温热源T1 低温热源T2 1 热力学第二定律的开尔文说法 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。开尔文说法反映了功热转换的不可逆性。 第二类永动机： 实践证明:自然界中符合热力学第一定律的过程不一定都能实现，自然界中自然宏观过程是有方向性的。 2 热力学第二定律的克劳修斯说法 不可能使热量自动地从低温物体传向高温物体，而不产生其他影响。克劳修斯说法反映了热传导过程的不可逆性。 低温热源T2 高温热源T1 不需要花费外界做功的能量，就可以自动给系统降温的制冷系数等于无穷大的致冷机。 高效制冷机： 主要内容： 1. 循环过程 2. 正循环和热机效率 3. 逆循环与致冷系数 4. 卡诺循环 5. 几种常见热机和制冷机 §4 循环过程 卡诺循环 系统经过一系列状态变化过程后，又回到初始状态的过程叫热力学循环过程 . 特征: 一 循环过程 A B A B 正循环(顺时针) -- 热机 逆循环(逆时针) -- 致冷机 循环的分类: 二 循环效率 内能增加: 高温热源T1 低温热源T2 设工质从高温热源吸热 Q1,向低温热源放热 Q2，对外作功 A。 净吸热： 净功： 能量转换关系: 1 正循环与热机效率 (净功A为循环过程曲线所包围的面积) 热力学第一定律 热机 高温热源 低温热源 热机（正循环） A B 热机效率：一次循环过程中，工质对外作的净功A与它从高温热源吸收的热量Q1的比值。 说明 1.正循环的膨胀过程中，系统从外界吸热，Q1包括整个循环过程中吸收的热量(Q10). 2.正循环的压缩过程中，系统向外界放热，Q2包括整个循环过程中放出的热量(Q20注意取绝对值） A B Q1 Q2 工质从低温热源吸收热量 Q2 ( Q2 0 ),并向高温热源放出热量 Q1 ( Q1 0 ),循环过程中 Q2 - |Q1| = - |A|，外界必须对工质作功。 2 逆循环与制冷机制冷系数 致冷机 高温热源 低温热源 A B 致冷机（逆循环） 致冷系数：从低温热源吸收的热量Q2与外界作的功A之比。 工质从低温热源吸收热量 Q2 ( Q2 0 ),并向高温热源放出热量 Q1 ( Q1 0 ),循环过程中 Q2 - |Q1| = - |A|，外界必须对工质作功。 制冷机，一般有明确的制冷对象，如果在制冷循环中不止在一个对象中吸热时，计算式中Q2是指从制冷的对象中吸取的热量。 致冷机 高温热源 低温热源 热机发展简介 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸汽机 ，当时蒸汽机的效率极低 . 1765年瓦特进行了重大改进 ，大大提高了效率 . 人们一直在为提高热机的效率而努力， 从理论上研究热机效率问题， 一方面指明了提高效率的方向， 另一方面也推动了热学理论的发展 . 各种热机的效率 液体燃料火箭 柴油机 汽油机 蒸汽机 热机 ：持续地将热量转变为功的机器 . 工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质 . 冰箱循环示意图 三 卡诺循环 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间的理想循环—卡诺循环. 给出了热机效率的理论极限值; 他还提出了著名的卡诺定理. 卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成 . A ａ ｂ ｃ ｄ 等温压缩过程： 等温膨胀过程： ａ(p1,V1,T1) ?ｂ(p2,V2,T1) 绝热膨胀过程： ｂ(p2,V2,T1) ?ｃ(p3,V3,T2) 绝热压缩过程： ｃ(p3,V3,T2) ?ｄ(p4,V4,T2) ｄ(p4,V4,T2) ?ａ(p1,V1,T1) 卡诺热机：热循环