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第八章 热力学基础 　 讨论: (1)将热量全部变为功是可能的。如等温膨胀时有Q=A，但这一定要引起其他的变化，如体积增大 (2)使其回到初始状态的循环过程则要放热 (3)开尔文说法反映了功热转换的不可逆性 讨论： 热力学第一定律说明了任何过程中能量守恒 P V P V 2V 0 0 0 等 温 a b c 0 c ?a: 等温过程 ?=1 §4 热力学第二定律 第一定律指出不可能制造成功? 1 的热机。 问题： 能否制造成功 ?=1 的热机？ (也就是热将全部变为功的热机) 1、热力学第二定律的开尔文(Kelven)叙述： 不可能制造一种循环动作的热机，只从单一热源吸热，使之全部变为有用的功而其它物体不发生任何变化。 一、热力学第二定律的两种叙述 (吸热) 3) 整个过程中传热： 热力学第一定律 四、绝热过程 绝热套 1、过程特征 dQ = 0 绝热套 当气体绝热膨胀对外作功时，温度降低，内能减少！ I I I P V . O 2、过程方程 两边除以 pVCv 联立两式消dT I I I P V . O 绝热过程的过程方程： 两边积分： 3、等温线与绝热线比较 等温过程： 绝热过程： 膨胀相同的体积绝热过程比等温过程压强下降得快。 绝热线 物理解释： V n P V n P 等温过程： 绝热过程： 等温线 绝热线 T . P V 0 V1 等 温 绝 热 V2 [例] 质量8克的氧气从V1=0.41升，T1=300k 分别经等温膨胀和绝热膨胀体积增大10倍。求氧气在这两个过程中分别作了多少功？ 等温膨胀： [解] 绝热膨胀： . P V 0 V1 等 温 绝 热 V2 绝热膨胀： T1=300k 练习. 一定量的理想气体，由物态a经b到达c（图中abc为一直线）。求此过程中： （1）气体对外做的功； （2）气体内能的增量； （3）气体吸收的热量。 p/atm V/L 0 3 2 1 3 2 1 c b a 解: 系统从某一状态出发，经历一系列状态变化过程后又回到初始状态，为循环过程。 一、循环过程 热机----通过循环过程，持续不断地将热转换为功的装置。 系统经过一个循环后状态不变。 §6-3 循环过程 工作物质----参与循环的物质 550C 0 过 热 器 锅 炉 给水泵 冷凝器 冷 却 水 气 轮 机 发电机 发电厂蒸汽动力循环示意图 20C 0 550C 0 过 热 器 锅 炉 给水泵 冷凝器 冷 却 水 气 轮 机 发电机 Q Q 1 2 A 发电厂蒸汽动力循环示意图 20C 0 热机----持续不断地将热转换为功的 装置。 550C 0 过 热 器 锅 炉 给水泵 冷凝器 冷 却 水 气 轮 机 发电机 Q Q 1 2 A 发电厂蒸汽动力循环示意图 A Q Q 1 2 高温热源 低温热源 热机工作示意图 20C 0 循环过程 2 Q 1 Q p V 0 a A b 特点： （1）内能无改变 ?E=0 （2）p-V 图 上 为一闭合曲线 2 Q 1 Q p V 0 a A b 净功： A = 循环过程曲线所包围的面积 = Q 1 循环效率： 计算热机效率的普适公式 1824年，法国青年科学家卡诺（1796 — 1832）提出一种理想热机，工作物质只与两个恒定热源（一个高温热源，一个低温热源）交换热量。整个循环过程是由两个绝热过程和两个等温过程构成，这样的循环过程称为卡诺循环。 二、卡诺循环 V P T a b c d V V T V V 2 0 2 1 3 1 4 Q Q 2 1 （1）循环组成：2个等温过程 + 2个绝热过程。 分析过程的吸、放热情况： a?b: 吸热； b ?c： 绝热； c ?d: 放热； d ?a: 绝热. b?c：绝热 d?a：绝热 V P T a b c d V V T V V 2 0 2 1 3 1 4 Q Q 2 1 V P T a b c d V V T V V 2 0 2 1 3 1 4 Q Q 2 1 a?b：吸热 Q1 c?d：放热 Q2 净功： A （2）循环效率 卡诺热机的效率只与两热源的温度有关。 A Q Q 1 2 高温热源 低温热源 说明： ?、要完成一次卡诺循环，必须有一个高温热源、一个低温热源； ?、两热源温差越大， 效率越高，但 ? 1。 ?、 只适用于卡诺循环 1 A 高温热源 低温热源 Q2 Q1 致冷系数： 系统向外界放热： 致冷机能流图 A Q1 Q2 P V o 循环过程沿逆时针方向进行（致冷循环）。 三、逆循环 对于卡诺逆循环致冷系数为： w 的数值区间 0, 8 ( ) 低温热源温度越低，温差越大，致冷系