大学物理热学(2)热力学.pptVIP

* 如有两个等温和两个等体过程构成的卡诺机效率等于相同热源卡诺热机的效率 小 结 准静态过程 参量变化 能量变化 确定 状态方程 过程方程 或曲线 确定 恒温热源 §7 循环过程 一. 循环过程 系统经历一系列的变化后又回到原状态的过程 准静态循环过程，在P–V 图上就构成一闭合曲线 Ⅰ Ⅱ V p O · · 二. 正循环 1. 正循环(循环沿顺时针方向进行) （系统对外作功） Q1 Q2 a b 正循环也称为热机循环 A1 A2 如：蒸汽轮机（热机） Q 1 Q 2 a d b c 冷水 水 高温高压蒸汽 水 吸 Q1 功 A 放热 Q2 锅炉a 叶轮b 冷凝器c 泵d 蒸汽废气 有工作物质 如水(蒸汽机) 热机工作特征 (2) 循环过程 (热机共有的特征) 2. 热机循环效率 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. 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 a c 1 600 300 b 2 T(K） V O V O p（R） (2) ab是等温过程，有 bc等压过程，有 (1) p?V 图 ca等体过程 循环过程中系统总吸热 循环净功 此循环效率 三. 逆循环 1. 逆循环(循环沿逆时针方向进行) （外界对系统作功） 逆循环也称为致冷循环 Ⅰ Ⅱ Q1 Q2 a b V p O · · 蒸发器 冷凝器 毛细管 过滤器 冰箱内换热器 冰箱外换热器 压缩机 （节流阀） 工作物质：氨或氟利昂 电冰箱的工作原理简图 2. 致冷系数 从低温热源吸收的热量Q2与外界作的功A之比. 逆向斯特林致冷循环的热力学循环原理如图所示，该循环由四个过程组成，先把工质由初态A（V1， T1）等温压缩到B（V2 ， T1） 状态，再等体降温到C （V2， T2）状态，然后经等温膨胀达到D （V1， T2） 状态，最后经等体升温回到初状态A，完成一个循环。 该致冷循环的致冷系数 解 例 求 在过程CD中，工质从冷库吸取的热量为 在过程AB中，向外界放出的热量为 A B C D V p O 整个循环中外界对工质所作的功为 循环的致冷系数为 在过程DA中，吸取的热量 V1 T1 V2 T2 1. 热机的最高效率 一. 问题的提出？ 违背热力学第一定律 不违背热力学第一定律，但需热量从低温自动流向高温。 2. 致冷机的致冷系数 不违背热力学第一定律，理想热机——单热源热机。 §11.9 The Second Law of Thermodynamics 二.热力学第二定律的两种表述 1. 热力学第二定律的开尔文表述 不可能只从单一热源吸收热量，使之完全转化为功而不引起其它变化。 说明 (1) 的理想热机不可能实现 (2) 热力学第二定律的开尔文表述表明了实际的热机效率 实际热机的能流图 高温热源 低温热源 (3) 实质上说明了热功间的完全转换过程具有方向性 2. 热力学第二定律的克劳修斯表述 热量不能自动地从低温物体传向高温物体 (1)热力学第二定律克劳修斯表述的另一 叙述形式:理想致冷机不可能制成 说明 (2)热力学第二定律的克劳 修斯表述表明了实际的致冷机致冷系数有限 致冷机的能流图 低温热源 高温热源 (3) 实质上说明了热传导过程的具有方向性。 3. 热力学第二定律的两种表述等价 (1) 假设开尔文 表述不成立 克劳修斯表述不成立 高温热源T1 低温热源T2 高温热源T1 低温热源T2 (2) 假设克劳修 斯表述不成立 开尔文表述不成立 高温热源T1 低温热源T2 高温热源T1 低温热源T2 试证：在P---V图上任意两条绝热线不可能相交 p V 绝热线 等温线 作一条等温线分别交两条绝热线于b 和c ，abc 构成一循环过程。 违背了热力学第二定律的开尔文叙述 例1 例2 试证明如图所示的循环过程其摩尔热容不能为常量。 该循环中系统对外作功 由于 为常数，则循环中 经过循环后 ，则。 这与 的结论相矛盾 假设为常数 反证法 违背了热力学第一定律 假设两条绝热线相交于a 反证法 引入的意义：为了研究热力学过程的方向问题 §8 可逆与不可逆过程 二. 不可逆过程与热力学第二定律 一. 概念 不可逆过程 可逆过程 过程的每一步都可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任何变化 用任何方法都不能使系统和外界复原的过程 可以挑选任何一种不可逆过程来表达热力学第二定律 如 孤立系统内的气体不