合肥工业大学《大学物理》课件-第七章.pptVIP

由此得： 两者相加即得混合气体的压强： 绝热过程方程的推导 §7-4 循环过程 卡诺循环 循环过程：系统经过一系列状态变化过程以后， 又回到原来状态的过程。 1. 循环过程： 循环特征：系统经历一个循环之后,内能不改变。 热 机：通过工作物质连续不断地将热转化为功 的装置。 正 循 环：热机循环。利用工作物质连续不 （热机） 断地把热转换为功。 系统向低温热源放热 系统从高温热源吸热 循环效率 系统对外界作功 高温热源 低温热源 循环过程 2. 卡诺循环 卡诺循环：由两个可逆等温过程和两个可逆绝 热过程组成的循环。 卡诺循环效率： 讨论： a.卡诺循环必须有高温和低温两个热源。 b.卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关。T2 愈低或T1愈高，卡诺循环的效率愈大。工程上 一般采取提高高温热源温度的方法。 c.卡诺循环的效率总是小于1的。 Q1 Q2 A 高温热库T1 低温热库T2 卡诺循环： 只和两个恒温热库交换热量，由两个等温过程和两个绝热过程组成。 卡诺循环 2.1 正向卡诺循环的效率推导 3-4 等温压缩： 1-2 等温膨胀： 则 卡诺循环 4-1和2-3是绝热过程： 卡诺循环 卡诺致冷系数： 高温热源 低温热源 工作物质向外界放出的热量 工作物质从冷库吸取的热量 2.2 逆向卡诺循环的致冷系数 外界对工质所做的净功 卡诺循环 例题7-4 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 卡诺循环 §7-5 热力学第二定律 满足能量守恒的过程一定能实现吗？ 1. 热力学第二定律 开尔文表述：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热对外作功而不产生其它影响。 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物传到高温物体而不引起外界的变化 热力学第二定律的两种表述 开尔文 克劳修斯 热力学第二定律是研究热机效率和制冷系数时提出的。对热机，不可能将吸收的热量全部用来对外作功；对制冷机，若无外界作功，热量不可能从低温物体传到高温物体。热力学第二定律的两种表述形式，解决了物理过程进行的方向问题。 热力学第二定律 高温热源 低温热源 热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述本质上是等效的。反证法： 若开尔文表述不正确 克劳修斯表述不正确 2. 两种表述的等价性 高温热源 低温热源 一切与热现象有关的实际自发过程都是不可逆的。 若克劳修斯表述不正确 开尔文表述不正确 解: 假设两条绝热线I与II在p-V图上相交于一点A，如图所示。现在p-V图上作一等温线III，使它与两条绝热线组成一个循环。这个循环只有一个单热源，它把吸收的热量全部转变为功即?＝100％，并使周围没有变化。显然这是违反热力学第二定律的，因此两条绝热线不能相交。 例题7-6 试证在 p-V 图上两条绝热线不能相交。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ p V A 热力学第二定律 §7-6 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理 可逆过程：系统状态变化过程中,逆过程能重复正过程的每一个状态,且不引起外界的变化。 在热力学中，过程可逆与否与系统所经历的 中间状态是否为平衡状态有关。 实现的条件:过程无限缓慢,没有耗散力作功。 不可逆过程：在不引起其它变化的条件下，不能使过程反向进行。 1.可逆过程与不可逆过程 b.不平衡和耗散等因素的存在，是导致过程不可 逆的原因，只有当过程中的每一步，系统都无 限接近平衡态，而且没有摩擦等耗散因素时， 过程才是可逆的。 c.不可逆过程不是不能反方向进行，而是当逆过程完成后，外界的影响不能消除。 a.自然界中一切自发过程都是不可逆过程。 讨论： 可逆过程与不可逆过程 2. 卡诺定理 (1) 在温度为 的高温热源和温度为 的低温热源之间工作的一切可逆热机，效率都相等，而与工作物质无关，其效率为: (2) 在温度为 的高温热源和温度为 的低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率不可能大于可逆热机的效率。 卡诺定理指出了提高热机效率的途径： a. 使热机尽量接近可逆机； b. 尽量提高两热源的温度差。 卡 诺 3.卡诺定理的证明 （1）在温度为 的高温热源和温度为 的低温热源之间工作的一切可逆热机，效率都相等，而与工作物质无关，其效率为: 可逆热机 卡诺热机E 工作在相同的高低温热源 T1、T2 间的卡诺