气体做功.PPT

1824年，法国青年工程师卡诺（N. L. S. Carnot， 1796—1832）发表了他关于热机效率的两个理论， 为提高热机效率指明方向。 二、卡诺循环(Carnot cycle) 5% 8% 50年 卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成准静态循环过程。 卡诺正循环： abcda (卡诺热机) 以下讨论理想气体的卡诺循环。 ab过程： cd过程： bc和da过程： 卡诺热机效率： 1. 最简单的循环过程。 3. 2. 卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定。 结论 卡诺制冷机(adcba) 制冷系数： 热泵 例6-6 有一卡诺制冷机，从温度为-10 oC的冷藏室吸取热量，而向温度为20 oC的物体放出热量。设该制冷机所耗功率为15 kW，问每分钟从冷藏室吸取热量为多少？ 每分钟做功为 每分钟从冷藏室中吸取的热量为 每分钟向温度为20 oC的物体放出的热量为 T1=293 K，T2=263 K，则 解： 思考：两卡诺循环 ，ABCDA,EFGHE，面积 求（1）效率之比，（2）吸热之比。 T1 T2 A B C D E F G H p O V 例6-7 内燃机的循环之一——奥托循环。 内燃机利用液体或气体燃料，直接在汽缸中燃烧，产生巨大的压强而做功。内燃机的种类很多，我们只举活塞经过四个过程完成一个循环(如图)的四动程汽油内燃机(奥托循环)为例，说明整个循环中各个分过程的特征，并计算这一循环的效率。 解： 奥托循环的4 个分过程如下： (1)吸入燃料过程汽缸开始吸入汽油蒸气及助燃空气，此时压强约等于1.0?105 Pa ，这是个等压过程（图中过程 ab）。 (2) 压缩过程 活塞自右向左移动，将已吸入汽缸内的混合气体加以压缩，使之体积减小，温度升高，压强增大。由于压缩较快，汽缸散热较慢，可看作一绝热过程（图中过程 bc） (3)爆炸、做功过程 在高温压缩气体中，用电火花或其他方式引起燃烧爆炸，气体压强随之骤增，由于爆炸时间短促，活塞在这一瞬间移动的距离极小，这近似是个等体过程（图中过程 cd）。这一巨大的压强把活塞向右推动而做功，同时压强也随着气体的膨胀而降低，爆炸后的做功过程可看成一绝热过程（图中过程 de）。 (4)排气过程 开放排气口，使气体压强突然降为大气压，这过程近似于一个等体过程(图中过程eb)，然后再由飞轮的惯性带动活塞，使之从右向左移动，排出废气，这是个等压过程(图中过程ba)。 严格地说，上述内燃机进行的过程不能看作是个循环过程。因为过程进行中，工作物从燃料及空气变为二氧化碳、水气等废气，从汽缸向外排出不再回复到初始状态。但因内燃机做功主要是在p–V图上bcdeb这一封闭曲线所代表的过程中，我们可换用空气作为工作物，经历bcedb这个循环，而把它叫做空气奥托循环。 气体主要在循环的等体过程cd 中吸热（相当于在爆炸中产生的热），而在等体过程eb 中放热（相当于随废气而排出的热），设气体的质量为m，摩尔质量为M ，摩尔定容热容为CV,m，则在等体过程cd 中，气体吸取的热量Q1为 而在等体过程eb 中放出的热量为 所以这个循环的效率应为 把气体看作理想气体，从绝热过程de及bc可得如下关系： 两式相减得 即 实际上汽油机的效率只有25％左右。 式中r = V/V0 叫做压缩比。计算表明，压缩比愈大，效率愈高。汽油内燃机的压缩比不能大于7，否则汽油蒸气与空气的混合气体在尚未压缩至c点时温度已高到足以引起混合气体燃烧了。 设r =7，? =1.4，则 例6-8 3.2?10 -2 kg氧气作ABCD循环过程。AB和CD都为等温过程，设T1=300 K，T2=200 K，V2 =2V1。求循环效率。 解： 吸热 放热 吸热 放热 D A B C T1=300 K T2=200 K V2 V1 V p O D A B C T1=300 K T2=200 K 吸热 吸热 放热 放热 §6-4 热力学第二定律 一、 热力学第二定律 满足热力学第一定律（能量守恒）的过程一定能实现吗？ 如：效率为100%的热机（单源热机）？无功冷机？ 热力学第二定律是指示自发过程进行方向的规律。 孤立系统中自动进行的过程称自发过程。 如：热量能自动从高温物体传向低温物体；气体能从不平衡态自动过渡到平衡态，它们的逆过程却不会自动进行。 不可能从单一热源吸收热量，使它完全转化为功，而不引起其他变化。 如开尔文表述不成立 A T0 Q 热力学第二定律两种表述： 1.开尔文（Kelvin）表述： 指出了热功转换的方向性： 功转化为热为自发过程。 否定了第二类永动机或单源热机。