热力学及基础.ppt

绝热线与等温线比较 膨胀相同的体积绝热比等温压强下降得快 绝热线 等温线 等温 绝热 绝热线比等温线更陡。 二、绝热方程的推导 联立消去dT 理想气体热力学过程的主要公式 0 0 0 过程 特征 过程方程 吸收热量 对外做功 内能增量 等体V=常量 等压p=常量 等温T=常量 绝热 dQ=0 例:1mol单原子理想气体,由状态a(p1,V1)先等压加热至体积增大一倍，再等容加热至压力增大一倍，最后再经绝热膨胀，使其温度降至初始温度。如图，试求： （ 1）状态d的体积Vd；（2）整个过程对外所作的功;（3）整个过程吸收的热量。 解：（1）根据题意 又根据物态方程 o V p 2p1 p1 V1 2V1 a b c d 再根据绝热方程 （2）先求各分过程的功 o V p 2p1 p1 V1 2V1 a b c d （3）计算整个过程吸收的总热量有两种方法 方法一：根据整个过程吸收的总热量等于各分过程吸收热量的和。 o V p 2p1 p1 V1 2V1 a b c d 方法二：对abcd整个过程应用热力学第一定律： o V p 2p1 p1 V1 2V1 a b c d 例:1mol某理想气体的p-V关系如图所示，由初态a经准静态过程直线ab变到终态b。已知该理想气体的定体摩尔热容量CV,m=3R，求该理想气体在ab过程中的摩尔热容量。 解：ab过程方程为 设该过程的摩尔热容量为Cm o V p a b ? 7-5 循环过程 卡诺循环 物质系统经历任意一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程，简称循环。 循环工作的物质称为工作物质，简称工质。 循环过程的特点：?U=0 若循环的每一阶段都是准静态过程，则此循环在p-V 图上可用一条闭合曲线表示。 p V a b c d 沿顺时针方向进行的循环称为正循环。 沿反时针方向进行的循环称为逆循环。 正循环 工质在整个循环过程中对外作 的净功等于曲线所包围的面积。 整个循环过程： 工质从外界吸收热量的总和为Q1 放给外界的热量总和为Q2 正循环过程是系统将从高温热源吸收的热量中的一部分A净转化为有用功（对外作功），另一部分Q2放回给外界（低温热源放出） p V a b c d 热机:通过工质使热量不断转换为功的机器（正循环）。 工质在高温热源吸收外界热量以增加内能ΔU ，然后将ΔU部分通过作功对外界提供机械能，部分在低温热源对外放热 一、正循环应用：热机 热机的效率 奥托循环 热机效率 工质为燃料与空气的混合物，利用燃料的燃烧热产生巨大压力而作功。 绝热 绝热 锅炉 泵 气缸 冷凝器 蒸汽机中水循环过程 Q吸 水 水蒸汽 废汽 水 Q放 A 高温热源 低温热源 工作原理图 二、致冷系数 工质对外作负功 致冷系数 整个循环过程: 工质从外界吸收热量的总和为Q2 放给外界的热量总和为Q1 工质把从低温热源吸收的热量和外界对它所作的功以热量的形式传给高温热源。 应用：电冰箱 例:有一卡诺制冷机，从温度为-100C的冷藏室吸取热量，而向温度为200C的物体放出热量。设该制冷机所耗功率为15kW，问每分钟从冷藏室吸取热量为多少？ 每分钟作功为 所以每分钟作功从冷藏室中吸取的热量为 此时,每分钟向温度为200C的物体放出的热量为 解:T1=293K,T2=263K,则 例:内燃机的循环之一-奥托循环.内燃机利用液体或气体燃料,直接在气缸中燃烧,产生巨大的压强而作功.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. (1)吸入燃料过程 气缸开始吸入汽油蒸汽及助燃空气，此时压强约等于1.0?105Pa ，这是个等压过程（图中过程ab）。 解：奥托循环的四个分过程如下： p V V V0 O a b e d c p0 (2)压缩过程 活塞自右向左移动，将已吸入气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，气缸散热较慢，可看作一绝热过程（图中过程bc） (3)爆炸、作功过程 在上述高温压缩气体中，用电火花或其他方式引起气体燃烧爆炸，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作功，同时压强也随着气体的膨胀而降低，爆炸后的作功过程可看成一绝热过程（图中过程de） p V V V0 O a b e d c p0 (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