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二、非静态绝热过程 §9-6 循环过程和卡诺循环 一、循环过程 点击”Q=A”有动画 点击”热机”和”制冷机”有动画 例9-5: 一卡诺循环，热源温度为100 oC，冷却器温度为0 oC。如维持冷却器温度不变，提高热源温度，使循环1的净功率增加为原来的2倍。设此循环2工作于相同的两绝热线之间，工作物质为理想气体。试求： (1) 此热源的温度增为多少？ (2) 这时效率为多大？ 解：(1) V p T1 A B C D D? C? O T0 T2 同理： 由题意： (2) 例9-6 : 一定量理想气体经历了某一循环过程，其中AB和CD是等压过程，BC和DA是绝热过程。已知B点和C点的状态温度分别为TB和TC ，求此循环效率。 解： C D A B p1 p2 p V O C D A B p1 p2 p V O 不是卡诺循环 例9-7: 计算奥托机的循环效率。c? d, e?b为等容过程；b?c，d?e为绝热过程。 解： 吸热 放热 V0 V p V a c d e b O V0 V p V a c d e b O 制冷过程：外界作功W，系统吸热Q吸，放热Q放。 制冷系数： A A 制冷系数 卡诺制冷机： 卡诺制冷系数： 例9-4: 3.2?10 -2 kg氧气作ABCD循环过程。A?B和C ? D都为等温过程，设T1=300K，T2=200K，V2 =2V1。求循环效率。 解： 吸热 放热 D A B C T1=300K T2=200K V2 V1 V p O 吸热 放热 一、自然过程的方向性 设在某一过程 P 中，系统从状态 A 变化到状态B 。如果能使系统进行逆向变化，从状态 B 回复到初状态 A ，而且在回复到初态 A 时，周围的一切也都各自恢复原状，过程P就称为可逆过程。 可逆过程是一个理想过程，在 p-V 图上能够表示出来的过程，可以用可逆过程的概念讨论。 §9-7 热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理 如果系统不能回复到原状态A，或者虽能回复到初态A，但周围一切不能恢复原状，那么过程P称为不可逆过程。 可逆机：能产生可逆循环过程的机器。 不可逆机：不能产生可逆循环过程的机器。 一个系统在没有外界的作用下，自发进行的过程叫自发过程，自然界的一切自发过程都是不可逆过程。 气体自由膨胀过程的不可逆性 F 开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响。 第二类永动机不可能制成。 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 热量不可能自动地从低温物体传到高温物体去。 二、热力学第二定律的两种表述 证明热力学第二定律两种表述的等效性： 高 温 热 源 T1 低 温 热 源 T2 A B Q Q=W W Q2 Q+Q2 Q2 Q2 如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立。 高 温 热 源 T1 低 温 热 源 T2 A B W Q2 Q1=Q Q Q Q- Q2 W 如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立。 热力学第二定律的实质在于指出，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。 只有无摩擦力等耗散力作功的准静态过程才是可逆过程。 1. 在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切可逆机，不论用什么工作物质，效率相等。 2. 在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切不可逆机的效率不可能高于可逆机的效率。 三、卡诺定理 提高热机效率的途径： ? 尽量提高两热源的温差； ? 尽量减少不可逆因素。 流体特征区别于刚体任意两点间的距离始终保持不变 点击”面积”有动画 定压摩尔热容： 1mol理想气体在压强不变的状态下，温度升高一度所需要吸收的热量。 吸收热量 内能增量 系统对外做功 等压过程系统的吸热： 等压过程系统内能的增量： 等压过程系统作功： 迈耶公式： 摩尔热容比： 与定压过程多吸收的热有关 实验证明： ? ? ? ? ? CV,m Cp,m 单原子 He, Ar 3 5/3=1.6 3R/2 5R/2 双原子 H2,O2 5 7/5=1.4 5R/2 7R/2 多原子 H2O,C 6 4/3=1.3 3R 4R 等温过程:气体在状态变化过程中温度保持不变。 T = 恒量，dE =0 等压过程的热力学第一定律: Q = A 三、等温过程 (process at constant temperature)