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热学简介 第7章 热力学 假定环境温度为300K，经历循环每次吸取的热量都是100J，则当冷库的温度分别为100K、1K、10-3K时，所需作的功。 可见，当T2趋近于0K时，只要Q2不为零，则所需的功 将接近无穷大！ 热力学第三定律：绝对零度不能达到。 卡诺定理: 所有可逆卡诺热机中 卡诺定理对热机的指导意义 ①热机必须有两个热源； ②热机的效率不可能大于或等于1，只能小于1； ③提高热机的效率，就要使T2 /T 1 越小越好。由于低温热源的温度一般为大气温度，所以提高高温热源的温度是提高热机效率的途径； ④使热机的循环尽量接近卡诺可逆循环。 解：致冷机所需最小功率，即为卡诺循环机的功率。由卡诺循 环的致冷系数 例、（1）夏季的致冷空调（冷泵），须将室内热量排到室外，设排放速率为 ，若室内温度为 ，室外温度为 ，求该致冷机所需的最小功率。 故所需最小功率为 667W。 重 要 公 式小 结 §7.5 热力学第二定律 热力学第一定律 能量守恒定律 问题： 热机效率 ？ T1 T2 T1 T2 Q ? 单热源热机 第二类永动机 若热机效率能达到100%, 则仅地球上的海水冷却1℃ , 所获得的功就相当于1014t 煤燃烧后放出的热量。 方法二： 由绝热方程： Ⅰ Ⅱ O V p 绝热过程 II. 过程曲线 微分 A 绝热线 等温线 由于 ? ＞1 ，所以绝热线要比等温线陡一些。 V p O 绝热线更陡峭的微观解释： 等温过程中，气体膨胀，压强降低，仅由于气体分子数密度减小引起；绝热过程中，压强降低由两个因素引起——分子数密度减小和温度降低。 自然界及日常生活中的绝热过程 ① 绝热冷却。如压缩空气从喷嘴急速喷出时，气体绝热膨胀，使气体变冷，甚至液化。 ② 降雨。地面附近的气团受热上升，高空的气团因冷下降，形成垂直气流。在这一过程中因空气传热性能差，可近似认为是绝热过程。上升热气流将因绝热膨胀而降温，从而使饱和蒸汽压减小，达到一定程度时，水蒸气从不饱和到饱和，开始凝结，并形成降雨。 当空气越过山峰后，就变成了干燥的空气。当这种空气沿背风坡下降时，气流由于被绝热压缩而升温就形成了干热风。在山谷地、山脉北风坡、低洼盆地，干热风较易形成，而在丘陵地带和阳坡地很难形成干热风。特别是，随着海拔高度的升高，干热风将逐渐减弱。 干热风是中国北方小麦产区的常见自然灾害之一。在现代农业中，选育抗干热风的作物品种，调整作物布局和栽培制度，营造护林带降低风速以及适时灌溉增大湿度都可以有效地减轻干热风带来的危害。 ③ 干热风形成 例 分析图示过程中 ΔE 、A 、Q 的正负： a b O V p 绝热过程 （1）a → C1 → b ； （2）a → C2 → b ； 解： （1）a → C1 → b ： 由热力学第一定律 a b O V p 绝热过程 （2）a → C2 → b : 由热力学第一定律 小结： 分析热力学过程中 的正负号时，应能够从 图上搜取有关热力学过程的动力学信息: 图上的一点代表一个平衡态；一条光滑曲线代表一个准静态过程；曲线所包围的面积代表该过程功的大小。 一定量氮气，其初始温度为 300 K，压强为1atm。将其绝热 压缩，使其体积变为初始体积的1/5。 解 例 求 压缩后的压强和温度 根据绝热过程方程的p﹑V 关系，有 根据绝热过程方程的T﹑V 关系，有 氮气是双原子分子 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。 (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 例 求 V p O (1) 由等温过程可得 (2) 根据绝热过程方程，有 将热力学第一定律应用于绝热过程方程中，有 §7.4 循环过程与卡诺循环 一、循环过程及其意义 循环过程： 物质系统的状态经历一系列变化后，又回到原来状态。 p V O I II a b p V O I II a b 正循环 逆循环 经历一个循环后工作物质回到原来状态， 由热力学第一定律： p V O I II a 正循环 I → a → II 过程： c d II → b → I 过程： 经历一个循环所做净功： 从高温热源吸热 对外做功（同时向低温热源放热） 热机循环 b 热机： 通过某种工作物质不断地把吸收的热量转变为机械功的装置。 蒸气机