[理学]大学物理A气体循环过程 热力学第二定律的介绍.ppt

* 循环过程 热机制冷机效率 卡诺循环 第十一次课 第十二次课 热力学第二定律的表述 卡诺定理 可逆与不可逆过程 ★ ★ 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸气机 ，当时蒸气机的效率极低 . 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 . 热机发展简介 各种热机的效率： 液体燃料火箭 柴油机 汽油机 蒸气机 热机 : 持续地将热量转变为功的机器 . 冰箱循环示意图 13.5 循环过程 卡诺循环 卡诺定理 一、循环过程 如果循环是准静态过程，在P–V 图上就构成一闭合曲线 如果物质系统的状态经历一系列的变化后，又回到了原状态，就称系统经历了一个循环过程。 A 称为系统（工质）对外所作的净功 1. 循环 V p O Ⅱ Ⅰ · · b a a b 2. 正循环、逆循环 正循环(循环沿顺时针方向进行) 逆循环(循环沿逆时针方向进行) （系统对外作正功） Ⅰ Ⅱ Q1 Q2 V p O 根据热力学第一定律，有 （系统对外作负功） 正循环也称为热机循环 逆循环也称为致冷循环 · · Ⅰ Ⅱ Q1 Q2 V p O · · · · 二、热机和制冷机 在热机循环中，工质对外所作的功 A 与它吸收的热量Q1的比值，称为热机效率或循环效率 热机 热机效率 高温热源 低温热源 A B 致冷机致冷系数 致冷机 高温热源 A B 低温热源 一个循环中工质从冷库中吸取的热量Q2与外界对工质所作的功 A 的比值，称为循环的致冷系数 例 汽油机可近似看成如图循环过程(Otto循环)，其中AB和CD为绝热过程，求此循环效率. 解 吸 放 C D B A p V1 V2 o 又BC和DA是绝热过程： 所以 V 吸 放 C D B A p V1 V2 o a 1 mol 单原子分子理想气体的循环过程如图所示。 (1) 作出 p?V 图 (2) 此循环效率 解 例 求 c a b 600 2 1 c 1 600 300 b 2 T(K） V（10-3m3） O V（10-3m3） O p（103R） (2) ab是等温过程，有 bc是等压过程，有 (1) p?V 图 ca是等体过程 循环过程中系统吸热 循环过程中系统放热 此循环效率 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. 三、卡诺循环 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 . 卡诺热机 低温热源T2 高温热源T1 A A B C D 2 1 T T A — B 等温膨胀 B — C 绝热膨胀 C — D 等温压缩 D — A 绝热压缩 卡诺循环 A A B C D 理想气体卡诺循环热机效率的计算 A — B 等温膨胀吸热 C — D 等温压缩放热 A A B C D D — A 绝热过程 B — C 绝热过程 所以 A A B C D 卡诺热机效率 卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高 . A A B C D 高温热源T1 卡诺致冷机 卡诺致冷机（卡诺逆循环） 卡诺致冷机致冷系数 低温热源T2 当高温热源的温度T1一定时，理想气体卡诺循环的致冷系数只取决于T2 。 T2 越低，则致冷系数越小。 说明 1. 在温度分别为 T1 与 T2 的两个给定热源之间工作的一切可逆热机，其效率相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即 四、卡诺定理 2. 在相同的高、低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率。 说明 (1) 要尽可能地减少热机循环的不可逆性，（减少摩擦、漏气、散热等耗散因素 ）以提高热机效率。 (2) 卡诺定理给出了热机效率的极限。 图中两卡诺循环 吗 ？ 讨 论 例 一电冰箱放在室温为 的房 间里 ，冰箱储藏柜中的温度维持在 . 现每天有 的热量自房间传入冰箱 内 , 若要维持冰箱内温度不变 , 外界每天 需作多少功 , 其功率为多少？设在 至 之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺致冷机致冷系数的 55% . 解 房间传入冰箱的热量 热平衡时 由