第三章热力学概述.pptVIP

Chapter 3热力学 §1 热力学第一定律 理想气体: §2.1 循环过程 问题一：怎样获得持续不断的功？ §2.2 热力学第二定律 §3 熵（Entropy） “1-2”：等体过程 V p O “2-3”：等温过程 V p O “3-4”：等压过程 V p O 全过程的总功： 全过程的总吸热： 全过程的内能变化： 例2:温度为 27℃、压强为 1.013×105Pa的一定量的氮气，经绝热压缩，体积变为原来的，求压缩后氮气的压强和温度。 解：绝热过程有 对于氮气 由理想气体状态方程，有 由上式可得 例3:温度为25℃，压强为1atm 的1mol 刚性双原子分子理想气 体经等温过程体积膨胀至原来的3倍。 求：(1) 该过程中气体对外所作的功； (2) 若气体经绝热过程体积膨胀至原来的3倍， 气体对外所作的功。 解 V p O (1) 由等温过程可得 绝热过程 (2) 根据绝热过程方程，有 等体过程，等压过程，等温过程，绝热过程 ——单一过程不可能，只有通过循环过程 1、循环过程： 特征: p V O c a b d 如果循环是准静态过程，在P–V 图上就构成一闭合曲线。 （系统对外所作的净功） 热机 高温热源 低温热源 热机 2、正循环过程：顺时针，对外净做正功 热机的效率 制冷机 2、逆循环过程：逆时针，对外净做负功 高温热源 低温热源 制冷机 制冷系数 发电厂蒸汽动力循环示意图 热机工作示意图 W Q1 Q2 高温热源 低温热源 0 550C 过 热 器 锅 炉 水泵 冷凝器 冷 却 水 气 轮 机 发电机 Q Q 1 2 W 20C 高温高压蒸汽 现代“火力发电厂”外貌： 锅炉 水泵 冷却塔 涡轮机 现代火力发电厂结构示意图 例:1 mol 单原子分子理想气体的循环过程如图所示。 求:(1) 作出 p?V 图 (2) 此循环效率 解: a c 1 600 300 b 2 V’/10-3m3 O p（10-3R） (1) p?V 图 a b 600 2 1 T(K） V/10-3m3 O c (2) 分析： ab是等温过程 ca是等体过程 bc是等压过程 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 ab是等温过程 bc是等压过程 1、热机的效率： 2、热机效率低的原因：3%---5% (1)散热、漏气、摩擦等损耗。 (2)一部分热量在低温热源放出。 3、提高热机效率的根本途径：构造循环过程 卡诺：任何热机必须工作于高温热源和低温热源之间。 工艺方面 问题二：如何提高热机的效率？ 卡诺循环(Carnot cycle）: Carnot(法国） W I II III IV 理想气体卡诺循环热机效率的计算 I -- II : 等温膨胀 II--III : 绝热膨胀 III--IV: 等温压缩 IV-- I : 绝热压缩 I--II: 等温膨胀吸热 III--IV: 等温压缩放热 IV-- I: 绝热压缩过程 II--III: 绝热膨胀过程 找到了提高热机效率的途径 验证： 蒸汽机 柴油机 汽油机 喷气式发动机 （热源温度越来越高） 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。 卡诺循环的意义： 1. 实际循环的效率比卡诺循环低。 讨论 卡诺定理 卡诺循环是一个理想循环： 工作物质：理想气体 卡诺循环所经历的四个热力学过程：准静态过程 卡诺循环的效率达到最大值。 2. 卡诺循环的逆循环可以制造制冷机。 理想气体在卡诺逆循环 中的制冷系数： 高温热源 低温热源 卡诺致冷机 W I II III IV 图中两卡诺循环 吗 ？ 例：理想气体作准静态卡诺循环，当热源温度为100 ℃，冷却器的温度是0℃时，作净功为800J，如果维持冷却器温度不变，提高热源的温度，使净功增加到1600J，设该两个循环都在相同的两条绝热线之间工作。 求（1）热源的温度是多少？ （2）效率增加到多少？ 分析：因为该两个循环都在相同的两条绝热线之间工作，且冷却器温度不变，因此在“3-4”等温压缩的过程中所释放的热量是没有改变的。 解：(1) (2) 问题三：遵守热力学第一定律的热力学过程一定能够发生吗？ 高温物体 低温物体 Q 高温物体 低温物体 Q 会自动发生 不会自动发生 可逆过程与不可逆过程: 1、自发过程的方向性：一切与热现象有关的实际宏观过程 都具有方向性，其相反过程不可能自然发生。 自发过程：是指在不受外界干扰的条件下进行的过程。 （1）热