[理学]6、热力学基础.ppt

2001-8-CJ PHYSICS BY CJ 一、系统与环境 热力学通常把研究对象叫做热力学系统，简称系统或工质。 系统以外且与系统有相互作用的一切物质统称为环境或外界。 根据系统与外界的关系，可把系统分为： 例3 、设有5moL的H2，初态压强为 温度为20℃，求在下列过程中，将氢气压缩为原来体积的0.1需要做的功（1）等温过程（2）绝热过程。 例4、1moL氦气经如图所示的循环其中P2=2P1，V4=2V1，求在1-2、2-3、3-4、4-1等过程中气体与环境的热量交换以及循环的效率（氦气视为理想气体）。 例3.3（课本P86） 如图所示，设有1mol 的双原子分子理想气体，做1→2 →3 →1循环过程（2 →3为绝热过程），已知P0，V0。 求：（1）气体在各个过程中所传递的热量； （2）循环中气体所作的功； （3）循环效率。 定理一：在相同高温热源与低温热源之间工作的任意工作物质的可逆机，都具有相同的效率。 定理二：工作在相同高温热源与低温热源之间的所有不可逆机的效率总是小于可逆机的效率。 四、卡诺定理 在给定的高温源和低温源之间工作的热机，以卡诺热机的效率最高。 卡诺定理指出了提高热机效率的途径。 2.能量品质 热力学第二定律和卡诺定理表明：在热力学过程中有用能量（或可利用能量）是受到限制的。 例如：热机 可利用的能量越多（热机效率越高），该能量的品质越好，反之则差。 讨论 高温热源 低温热源 热机 Q吸 Q放 A 热机的工作原理 蒸汽机的循环过程 Heating 锅 炉 冷凝器 水泵 蒸汽 水 水池 (3)热机效率 (4)规定 高温热源是温度为T1的热库，低温热源是温度为T2 的冷库;与高温热源交换的热量为 Q1，与低温热源交换的热量为Q2 ; Q1 Q2 都为绝对值。 高温热源 低温热源 热机 Q吸 Q放 A 3. 负循环 致冷机的致冷系数 内能不变,外界对系统做功(净功小于零), 系统放热。 (2)致冷机 P V a b c d 0 致冷机的工作是通过对工质做功，把低温物体的热量传递给高温物体。 致冷机的目的： 将热量由低温物体传到高温物体，使低温物体降温。 例如空调、冰箱等。 (1)负循环特点： (3)致冷机的致冷系数 致冷机的工作原理 高温热源 致冷机 Q吸 A= Q放 - Q吸 Q放 低温热源 解：由各过程特点和理想气体状态方程可得 所以各过程气体与外界交换的热量： 气体吸收的总热量为： （2）经历一个循环，系统放出的总热量为： 所以热机的效率为： 思考:也可利用图示法计算循环过程所做的净功。 二、卡诺循环 卡诺 (Sadi Carnot) 1796-1832 法国物理学家，热力学的创始人之 一，是第一个把热和动力联系起来的人。他出色地、创造性地用“理想实验”的思维方法，提出了最简单但有重要理论意义的热机循环——卡诺循环，创造了一部理想的热机(卡诺热机)。 1824年卡诺提出了一个理想循环--卡诺循环。 它以理想气体为工质，整个过程只与一个高温热源和一个低温热源交换能量, 由两个等温过程和两个绝热过程组成。 Q1 Q2 A 高温热源T1 低温热源T2 工质 a b c d V V V P V V 2 0 3 1 4 T 1 2 T 绝 热 线 Q2 Q1 1)a→b 等温膨胀 吸热,对外做功 2)b→c 绝热膨胀 内能减小，对外做功 3)c→d 等温压缩 放热,外界做功 4)d→a 绝热压缩 外界做功，内能增大 1.卡诺正循环 a b c d V V V P V V 2 0 3 1 4 T 1 2 T 循环过程为卡诺循环，没有散热，漏气和摩擦等因素存在的热机叫卡诺热机,其效率为: 2.卡诺热机的效率 理想气体卡诺循环 的效率只与两热 源的温度有关 ①上式仅适用于卡诺热机。 ②卡诺循环必须有高温和低温两个热源。 ③卡诺热机的效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关。 ④ ⑤卡诺循环为理想循环，是理想气体忽略摩擦、漏气等损耗的循环。 Q1 Q2 A 高温热源T1 低温热源T2 3.卡诺负循环 工质把从低温热源吸收的热量Q2 和外界对它所做的功 A 以热量Q1的形式传给高温热源 . a b c d V V V P V V 2 0 3 1 4 T 1 2 T Q2 Q1 4.卡诺致冷机的致冷系数 以理想气体为工质的卡诺致冷机的致冷系数为 这是在T1和T2两热源间工作的各种致冷机 的致冷系数的最大值.由于T2≠0 ,则ε卡≠0 . [应用实例] 压缩型制冷机工作示意图 工作物质—氨或氟里昂 压缩机 高温源 Q1 冷凝器 Q2 蒸发器 低温源 节流阀 液态氨从低温源吸热