热学教学幻灯片讲义.ppt

在热机中被用来吸收热量并对外作功的物质叫工作物质，简称工质。工质往往经历着循环过程，即经历一系列变化又回到初始状态。 2、特点： 若循环的每一阶段都是准静态过程，则此循环可用p-V图上的一条闭合曲线表示。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。 系统经过一个循环以后，系统的内能没有变化 7－5 循环过程 一、循环过程 1、定义： 系统经过一系列状态变化以后，又回到原来状态的过程叫作热力学系统的循环过程，简称循环。 沿顺时针方向进行的循环称为正循环。 沿逆时针方向进行的循环称为逆循环。 二、热机和制冷机 1、循环过程的分类 p V a b c d 正循环 p V a b c d 逆循环 2、热机 工作物质作正循环的机器，称为热机，它是把热量持续不断地转化为功的机器。 正循环的特征： 一定质量的工质在一次循环过程中要从高温热源吸热Q1，对外作净功W，又向低温热源放出热量Q2。并且工质回到初态，内能不变。 工质经一循环 T1 Q1 T2 Q2 泵 |W| 气缸 热机效率或循环效率： 表示热机的效能 高温热源 T1 低温热源 T2 Q1 Q2 W 3、制冷机 工作物质作逆循环的机器，称为制冷机，它把热量从低温热源抽到高温热源。 逆循环的特征： 制冷机经历一个逆循环后，由于外界对它作功，可以把热量由低温热源传递到高温热源。在一个循环中，外界作功W，从低温热源吸收热量Q2，向高温热源放出热量Q1。并且工质回到初态，内能不变。 制冷系数： 表示制冷机的效能 高温热源 T1 低温热源 T2 Q1 Q2 W 三、卡诺循环 法国工程师、热力学的创始人之一。 他创造性地用“理想实验”的思维方法，提出了最简单、但有重要理论意义的热机循环——卡诺循环，创造了一部理想的热机——卡诺热机。1824年卡诺提出了对热机设计具有普遍指导意义的卡诺定理，指出了提高热机效率的有效途径，揭示了热力学的不可逆性，被后人认为是热力学第二定律的先驱。 概念： 卡诺循环过程由四个准静态过程组成，其中两个是等温过程和两个是绝热过程组成。卡诺循环是一种理想化的模型。 分类 正循环——卡诺热机 逆循环——卡诺制冷机 1、卡诺循环 A B C D P V 0 V1 V4 V2 V3 T1 T2 p1 p4 p2 p3 Q1 Q2 A?B：等温膨胀过程，体积由V1膨胀到V2，内能没有变化，系统从高温热源T1吸收的热量全部用来对外作功 B?C：绝热膨胀，体积由V2变到V3，系统不吸收热量，对外所作的功等于系统减少的内能 2、卡诺热机：正循环 C?D：等温压缩过程：体积由V3压缩到V4，内能变化为零，系统对外界所作的功等于向低温热源T2放出的热量 D?A：绝热压缩绝热压缩过程：体积由V4变到V1，系统不吸收热量，外界对系统所作的功等于系统增加的内能。 在一次循环中，系统对外界所作的净功为 |W|= Q1-Q2 A B C D P V 0 V1 V4 V2 V3 T1 T2 p1 p4 p2 p3 Q1 Q2 理想气体卡诺循环 的效率只与两热 源的温度有关 卡诺热机效率 应用绝热方程 BC过程 DA过程 两式比较 卡诺热机的效率只由高温热源和低温热源的温度决定，高温热源温度越高，低温热源温度越低，则循环效率越高； 说明： 高温热源的温度不可能无限制地提高，低温热源的温度也不可能达到绝对零度，因而热机的效率总是小于1的，即不可能把从高温热源所吸收的热量全部用来对外界作功。 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，其结果可使低温热源的温度更低，达到制冷的目的。吸热越多，外界作功越少，表明制冷机效能越好。用制冷系数e 表示之。 3、卡诺制冷机：逆循环 A B C D P V 0 V1 V4 V2 V3 T1 T2 p1 p4 p2 p3 Q1 Q2 热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化过程中必须遵循的规律，但并未限定过程进行的方向。 观察与实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，或者说是有方向性的。 对这类问题的解释需要一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即热力学第二定律。 7－6 热力学第二定律和熵 引言 自然过程：指在一个与外界无相互作用的系统（亦称孤立系统）内自然发生的过程。 例如： （1）功热转换 （2）热传导 （3）气体的绝热自由膨胀 一切与热现象有关的实际宏观过程都是按一定的方向进行的，都是不可逆的 。 一、自然过程的方向性 1、热力学第二定律的两种表述 热力学第二定律的克劳修斯表述（ 1850）： 不可能把热量从低温物体自动地传到高温物体而不引起其他变化。 克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。 克劳修斯（Rudolf Clausius，1822-1888），德国物