f華中科技大學物理_熱力學基礎ppt課件

1、例例 7 71717容器被中間的隔板分成相等兩部分，一半裝有氦氣，溫度容器被中間的隔板分成相等兩部分，一半裝有氦氣，溫度250K250K；一半裝有氧氣，溫度為一半裝有氧氣，溫度為310K310K。兩者壓強相等，求去掉隔板后兩種。兩者壓強相等，求去掉隔板后兩種氣體混合后的溫度。氣體混合后的溫度。He2OK2501TK3102T去掉隔板前后去掉隔板前后去掉隔板前系統(tǒng)內(nèi)能：去掉隔板前系統(tǒng)內(nèi)能：21252322RTMmRTMmEOOHeHe去掉隔板后系統(tǒng)內(nèi)能：去掉隔板后系統(tǒng)內(nèi)能：RTMmRTMmEOOHeHe252322210022RTMmRTMmVpOOHeHe252325231222TTTTT12

2、2TTOHe1;.熱熱 力力 學學 基基 礎礎華中科技大學2;. 熱力學研究的目的在于如何有效地利用熱能，熱力學利用分子運動論的結熱力學研究的目的在于如何有效地利用熱能，熱力學利用分子運動論的結論，關注熱力學系統(tǒng)的宏觀效應。論，關注熱力學系統(tǒng)的宏觀效應。kTi2RTiMmE2估計估計1kg1kg的氧氣（雙原子分子）在室溫下的內(nèi)能：的氧氣（雙原子分子）在室溫下的內(nèi)能： JE331019430031. 82510321 這一能量可以使普通這一能量可以使普通40W40W電燈工作電燈工作 8181分鐘分鐘! ! 將將 100kg 100kg 的物體提升近的物體提升近 200200米米 的高度！熱力學系

3、統(tǒng)是一個可觀的能量資源。可有此等好事發(fā)生？的高度！熱力學系統(tǒng)是一個可觀的能量資源?？捎写说群檬掳l(fā)生？3;. JE310194貯存在貯存在1kg1kg的氧氣內(nèi)部的內(nèi)能：的氧氣內(nèi)部的內(nèi)能： 這一能量可以使普通這一能量可以使普通40W40W電燈工作電燈工作 8181分鐘分鐘! ! 將將 100kg 100kg 的物體提升近的物體提升近 200200米米 的高度！熱力學系統(tǒng)是一個可觀的能量資源。可有此等好事發(fā)生？的高度！熱力學系統(tǒng)是一個可觀的能量資源?？捎写说群檬掳l(fā)生？問題：就在于如何利用理想氣體的能量資源把無序的分子運動轉(zhuǎn)化為有序的問題：就在于如何利用理想氣體的能量資源把無序的分子運動轉(zhuǎn)化為有序的宏

4、觀運動。宏觀運動。 大規(guī)模利用熱能資源是以蒸汽機為標志的第一次工業(yè)革命。大規(guī)模利用熱能資源是以蒸汽機為標志的第一次工業(yè)革命。4;.第第8章章 熱力學基礎熱力學基礎8.1 8.1 熱力學第一定律熱力學第一定律8.2 8.2 熱容量熱容量8.3 8.3 熱力學第一定律應用熱力學第一定律應用8.4 8.4 循環(huán)過程循環(huán)過程 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)8.5 8.5 熱力學第二定律熱力學第二定律8.6 8.6 熵熵 熵增加原理熵增加原理8.7 8.7 熵的統(tǒng)計表述熵的統(tǒng)計表述5;.8.1 8.1 熱力學第一定律熱力學第一定律 實際系統(tǒng)變化時，需要一定的時間后才能得到均勻的平衡態(tài)。實際系統(tǒng)變化時，需要一定的時間后

5、才能得到均勻的平衡態(tài)。實際的熱力實際的熱力學過程中任一狀態(tài)都不是平衡態(tài)。學過程中任一狀態(tài)都不是平衡態(tài)。當系統(tǒng)在變化過程中經(jīng)歷的每一狀態(tài)都是平衡態(tài)，當系統(tǒng)在變化過程中經(jīng)歷的每一狀態(tài)都是平衡態(tài)， 此過程此過程準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程系統(tǒng)從系統(tǒng)從一個一個平衡態(tài)平衡態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷了一個熱力學過程系統(tǒng)經(jīng)歷了一個熱力學過程另一另一平衡態(tài)平衡態(tài)一一 準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程6;. 因為狀態(tài)圖中任何一點都表示系統(tǒng)的一因為狀態(tài)圖中任何一點都表示系統(tǒng)的一個平衡態(tài)，個平衡態(tài)， 故準靜態(tài)過程可以用狀態(tài)圖中的一條曲線故準靜態(tài)過程可以用狀態(tài)圖中的一條曲線表示，反之亦如此。表示，反之亦如此。 VPo等溫過程等溫過程等容過程等容過程等壓

6、過程等壓過程循環(huán)過程循環(huán)過程狀態(tài)圖狀態(tài)圖 用系統(tǒng)的狀態(tài)參量為坐標軸作的圖，如用系統(tǒng)的狀態(tài)參量為坐標軸作的圖，如P- -V圖圖 （或（或P- -T圖，圖，V- -T圖）圖） 7;. 二二 熱力學系統(tǒng)的功熱力學系統(tǒng)的功以氣體在汽缸內(nèi)膨脹（準靜態(tài)過程）為例：以氣體在汽缸內(nèi)膨脹（準靜態(tài)過程）為例：功是能量交換或轉(zhuǎn)化的一種量度，做功改變系統(tǒng)的狀態(tài)功是能量交換或轉(zhuǎn)化的一種量度，做功改變系統(tǒng)的狀態(tài)(系統(tǒng)內(nèi)能變化系統(tǒng)內(nèi)能變化)。熱力學系統(tǒng)中，要用熱力學量。熱力學系統(tǒng)中，要用熱力學量( p、V、T )描述功。描述功。8;.xF 二二 熱力學系統(tǒng)的功熱力學系統(tǒng)的功以氣體在汽缸內(nèi)膨脹（準靜態(tài)過程）為例：以氣體在汽缸

7、內(nèi)膨脹（準靜態(tài)過程）為例：功是能量交換或轉(zhuǎn)化的一種量度，做功改變系統(tǒng)的狀態(tài)功是能量交換或轉(zhuǎn)化的一種量度，做功改變系統(tǒng)的狀態(tài)(系統(tǒng)內(nèi)能變化系統(tǒng)內(nèi)能變化)。熱力學系統(tǒng)中，要用熱力學量。熱力學系統(tǒng)中，要用熱力學量( p、V、T )描述功。描述功。rdrFrFAdddcos9;.xxpSAddrd21VVVpAdVxSdd pSF A A 0 0 系統(tǒng)對外做功（體積膨脹）系統(tǒng)對外做功（體積膨脹）A A 0 0 系統(tǒng)對外做負功（體積被壓縮）系統(tǒng)對外做負功（體積被壓縮）VpAddrFrFAdddcos10;.21VVVpAdP2P1P1V2VVpdV A是是p(V)曲線下的面積，且與曲線具體曲線下的面積，

8、且與曲線具體形狀有關。形狀有關。VpAdd 21VVVpAd結果不唯一！結果不唯一！問題問題:汽缸的活塞運動后返回原地，汽缸內(nèi)理想氣體對外界的功是零？其內(nèi)能的變化汽缸的活塞運動后返回原地，汽缸內(nèi)理想氣體對外界的功是零？其內(nèi)能的變化是零？是零？11;.例題：理想氣體質(zhì)量為例題：理想氣體質(zhì)量為m，由，由（p1V1）態(tài)等溫的變化到態(tài)等溫的變化到（p2V2）態(tài)。過程是準靜態(tài)，態(tài)。過程是準靜態(tài)，求氣體系統(tǒng)的功。求氣體系統(tǒng)的功。P2P1P1V2VV21VVVpAd2110VVVVRTMmAd120lnVVRTMmA210lnppRTMm逆過程的功符號相反，外界對系統(tǒng)做功。逆過程的功符號相反，外界對系統(tǒng)做功

9、。RTMmpV 12;.做做“功功”總是伴隨能量傳遞（或轉(zhuǎn)化）。總是伴隨能量傳遞（或轉(zhuǎn)化）。系統(tǒng)與外界有系統(tǒng)與外界有“功功”的交換的交換物體分子的規(guī)則運動能量物體分子的規(guī)則運動能量機械能機械能物體分子的無規(guī)運動能量物體分子的無規(guī)運動能量系統(tǒng)內(nèi)能系統(tǒng)內(nèi)能機械能機械能系統(tǒng)內(nèi)能系統(tǒng)內(nèi)能三三 熱量熱量 Q利用系統(tǒng)和外界溫度的不同利用系統(tǒng)和外界溫度的不同來改變系統(tǒng)內(nèi)能的方法來改變系統(tǒng)內(nèi)能的方法傳熱傳熱在傳熱過程中，傳遞給系統(tǒng)能量的多少稱為熱量在傳熱過程中，傳遞給系統(tǒng)能量的多少稱為熱量. .單位單位: : J( (焦耳焦耳) )或或 cal( (卡卡), ( 1), ( 1卡卡 = 4.18 = 4.18

10、 焦耳焦耳 ) )13;.0Q系統(tǒng)從外界系統(tǒng)從外界吸熱吸熱0Q系統(tǒng)向外界系統(tǒng)向外界放熱放熱 向系統(tǒng)傳遞熱量向系統(tǒng)傳遞熱量、系統(tǒng)的內(nèi)能系統(tǒng)的內(nèi)能的變化及的變化及系統(tǒng)與外界的功有一定的數(shù)量關系統(tǒng)與外界的功有一定的數(shù)量關系。系。 三三 熱量熱量 Q在傳熱過程中，傳遞給系統(tǒng)能量的多少稱為熱量在傳熱過程中，傳遞給系統(tǒng)能量的多少稱為熱量. .內(nèi)能的變化內(nèi)能的變化外界對系統(tǒng)作功（或反之）外界對系統(tǒng)作功（或反之）外界對系統(tǒng)傳熱（或反之）外界對系統(tǒng)傳熱（或反之）單位單位: : J( (焦耳焦耳) )或或 cal( (卡卡), ( 1), ( 1卡卡 = 4.18 = 4.18 焦耳焦耳 ) )約定：約定：14;

11、. 設某過程，系統(tǒng)從外界吸熱設某過程，系統(tǒng)從外界吸熱Q，并對外界作功，并對外界作功A，系統(tǒng)內(nèi)能從，系統(tǒng)內(nèi)能從E1 1E2 2，由能量守，由能量守恒定律可得：恒定律可得：四熱力學第一定律四熱力學第一定律12EEEQAQEA dAdEdQ外界對系統(tǒng)所傳遞的熱：一部分用于系統(tǒng)對外作功，外界對系統(tǒng)所傳遞的熱：一部分用于系統(tǒng)對外作功， 一部分使系統(tǒng)內(nèi)能增加。一部分使系統(tǒng)內(nèi)能增加。熱力學第一定律實質(zhì)是包含熱能在內(nèi)的能量守恒定律。熱力學第一定律實質(zhì)是包含熱能在內(nèi)的能量守恒定律。15;.012EEEQAAQ 系統(tǒng)內(nèi)能不變，只能是系統(tǒng)溫度不變的過程系統(tǒng)內(nèi)能不變，只能是系統(tǒng)溫度不變的過程等溫等溫過程過程。RTiM

12、mE2012EEEQA16;.012EEEQ12EEQ 系統(tǒng)與外界無功的交換。系統(tǒng)變化的過程中體積始終不變等容過程。系統(tǒng)與外界無功的交換。系統(tǒng)變化的過程中體積始終不變等容過程。012EEEQ012EEEA12EEA系統(tǒng)變化的過程中始終與外界無熱量交換絕熱過程系統(tǒng)變化的過程中始終與外界無熱量交換絕熱過程012EEEA0A0Q17;.AEQ 注意注意： 由于由于內(nèi)能是狀態(tài)量，內(nèi)能是狀態(tài)量，功功 A 和熱量和熱量 Q 都是過程量，與氣體的具體變化過程有都是過程量，與氣體的具體變化過程有關。關。RTiMmE2 只要理想氣體的初、末態(tài)確定，內(nèi)能的變化就確定。與氣體的變化過程無只要理想氣體的初、末態(tài)確定，

13、內(nèi)能的變化就確定。與氣體的變化過程無關！關！TRiMmE218;.21VVVpAdAEQ TRiMmE2?Q19;.定義定義摩爾熱容摩爾熱容：Mm dTdQMcC摩爾熱容摩爾熱容C： 1 1摩爾的物質(zhì)溫度升高摩爾的物質(zhì)溫度升高( (降低降低) )1K所吸收所吸收( (放出放出) )的熱量。的熱量。McdTdQ 12TTmcQ 設理想氣體的質(zhì)量設理想氣體的質(zhì)量m，溫度從溫度從T1變化到變化到T2，系統(tǒng)交換的熱量系統(tǒng)交換的熱量Q：8.2 8.2 理想氣體的熱容理想氣體的熱容如果已知摩爾熱容，質(zhì)量如果已知摩爾熱容，質(zhì)量m理想氣體交換的理想氣體交換的熱量為熱量為Q：比熱比熱12TTCMmQ20;.常見

14、的過程的摩爾熱容常見的過程的摩爾熱容: :一、定容過程一、定容過程0dV VVVdTdQMcCVdEdAdT0VdApdVRidTdECV22moliERTRidTdE212TTCMmQVVVdTdAdTdE21;.2dEiRdT二、定壓過程二、定壓過程0dp 1mol1mol理想氣體的狀態(tài)方程：理想氣體的狀態(tài)方程：MmRTpVRdTpdV RdTpdVRRiCp212TTCMmQpppppdTdAdEdTdQCpdTpdVdTdE22;.RiCp12RiCV2摩爾熱容在理想氣體歷經(jīng)不同的過程中有不同的值，熱量是過程量。摩爾熱容在理想氣體歷經(jīng)不同的過程中有不同的值，熱量是過程量。定義氣體的比熱

15、定義氣體的比熱( (容容) )比：比：iiiCCVp212RCCVp邁耶公式邁耶公式23;.1212TTCMmEEVdTCMmdEV 由于內(nèi)能是狀態(tài)量，理想氣體歷經(jīng)一切過程，內(nèi)能的表達同上！由于內(nèi)能是狀態(tài)量，理想氣體歷經(jīng)一切過程，內(nèi)能的表達同上！dTCMmdEP利用利用CV表達內(nèi)能：表達內(nèi)能：TCMmRTiMmEV224;.例例 8 89 9VpABPa1000. 45BAppJ1029. 424TRiMmEBAJ100 . 64TCMmQpBAmol25.4121100 . 64TRiTCQMmpBAJ1071. 14BABABAEQA1T2TKT50等容時：等容時：J1029. 404EQ

16、A52iH25;. 氣缸內(nèi)氣缸內(nèi)10mol單原子理想氣體，在壓縮過程中，外力做功單原子理想氣體，在壓縮過程中，外力做功209J，氣體溫，氣體溫度升高度升高1K，試計算氣體內(nèi)能增加和所吸收的熱量，在此過程中氣體的摩爾熱容，試計算氣體內(nèi)能增加和所吸收的熱量，在此過程中氣體的摩爾熱容量是多少？量是多少？J65.124131. 823102TRiMmEJ35.8420965.124AEQKmolJ435. 811035.84TMmQC8 8101012TTCMmQ26;.常見熱力學過程的熱量、功和內(nèi)能的計算。常見熱力學過程的熱量、功和內(nèi)能的計算。TCMmQTCMmEV21VVdVpAAEQ 8.3 8

17、.3 熱力學第一定律應用熱力學第一定律應用27;.1. 等容過程等容過程0dV021VVdVpA12TTCMmEQVAEQ V1p2p0Vp2. 等溫過程等溫過程0dT0TCMmEVAQ 210120lnlnPPRTMmVVRTMm能否直接求解熱量？能否直接求解熱量？28;.pV2V0p1V12TTCMmQp1221TTRiMm12021VVpiTCMmEVTRiMm23. 等壓過程等壓過程0dpAEQ 120VVpATRMmTTRMm12RTMmpV RiRCp229;.4. 絕熱過程絕熱過程 系統(tǒng)變化的過程中始終不能與外界交換熱量絕熱過程。系統(tǒng)變化的過程中始終不能與外界交換熱量絕熱過程。

18、在實際的過程中，過程的某一瞬間，由于熱量的傳遞慢，在瞬間可以將過程近在實際的過程中，過程的某一瞬間，由于熱量的傳遞慢，在瞬間可以將過程近似為絕熱過程。似為絕熱過程。絕熱過程的基本特征是絕熱過程的基本特征是：0dQ 準靜態(tài)絕熱過程準靜態(tài)絕熱過程pdVdE 0dEpdVRTiMmE2 12RdTiMmpdV30;.絕熱過程絕熱過程狀態(tài)方程：狀態(tài)方程： 2RdTMmVdppdV消除變量消除變量T (2)/(1) ：ipdVVdppdVVdppdV21CVplnln0VVppddCpVln1CpVRTMmpV 12RdTiMmpdViVppV21dd31;.1CpV絕熱過程的泊松公式絕熱過程的泊松公式

19、: :21CTV31CTp是描述絕熱過程的過程方程。是描述絕熱過程的過程方程。但不論何種過程，理想氣體都必須滿足狀態(tài)方程。但不論何種過程，理想氣體都必須滿足狀態(tài)方程。0dQpVRT1pRTV1VRTp32;.與理想氣體的等溫過程比較：與理想氣體的等溫過程比較：CpVCpV絕熱過程在絕熱過程在 pV 圖上也是一個類似雙曲線的圖上也是一個類似雙曲線的曲線。曲線。絕熱絕熱等溫等溫AVOp 兩曲線的交點兩曲線的交點 A A 處的切線斜率均為負值，但絕熱曲線的斜率更?。ń^對值處的切線斜率均為負值，但絕熱曲線的斜率更?。ń^對值大）大） 。0VVppddAAAAVpVpkdd絕熱過程絕熱過程1ATk01Vp

20、VpVdd33;.等溫過程等溫過程AAAATVpVpkddAAAAVpVpkddATAkkVnkTp pnVT,0d絕熱絕熱等溫等溫AVOppnVQ,0d pT0000EAVEAddddd絕熱過程無能源供給，氣體膨脹時，其壓強下降更快。證明？絕熱過程無能源供給，氣體膨脹時，其壓強下降更快。證明？34;.AEQ 0QAE 0EA122TTRiMmi21112i2211211111VpVpTTRMmA例題：絕熱過程的功的計算。例題：絕熱過程的功的計算。TCMmVRTMmpV 35;.221111VpVpA2211VpVp2112VVpp1211111VVVpA12121111VVppVpA36;.

21、 非準靜態(tài)絕熱過程非準靜態(tài)絕熱過程真空真空絕熱自由膨脹絕熱自由膨脹37;.由于真空膨脹，氣體不做功。由于真空膨脹，氣體不做功。 非準靜態(tài)絕熱過程非準靜態(tài)絕熱過程 絕熱自由膨脹：過程不是準靜態(tài)，氣體的各部分參數(shù)不同，不滿足理想氣體的絕熱自由膨脹：過程不是準靜態(tài)，氣體的各部分參數(shù)不同，不滿足理想氣體的狀態(tài)方程。也不能用狀態(tài)圖表示。但服從能量守恒熱力學第一定律。狀態(tài)方程。也不能用狀態(tài)圖表示。但服從能量守恒熱力學第一定律。0A012EEE21TT 氣體膨脹的初態(tài)、末態(tài)是平衡態(tài)，可以用狀態(tài)方氣體膨脹的初態(tài)、末態(tài)是平衡態(tài)，可以用狀態(tài)方程描述。程描述。AEQ 0QAE 0絕熱自由膨脹絕熱自由膨脹38;.由于

22、初態(tài)、末態(tài)是平衡態(tài)由于初態(tài)、末態(tài)是平衡態(tài), ,可以用狀態(tài)方程描述：可以用狀態(tài)方程描述：111RTMmVp222RTMmVp121212TTVV1221pp *絕熱自由膨脹雖然初、末態(tài)溫度相同，絕熱自由膨脹雖然初、末態(tài)溫度相同，但不是等溫過程！但不是等溫過程！39;.n=0 等壓過程等壓過程n=1 等溫過程等溫過程n= 絕熱過程絕熱過程（C=0）n= 等容過程等容過程5. 多方過程多方過程 氣體的實際過程常常既不是等值的，也不是絕熱的。而是用以下方程描述的氣體的實際過程常常既不是等值的，也不是絕熱的。而是用以下方程描述的多多方過程：方過程：PV n = =常量常量 （n稱稱為多方指數(shù)）為多方指數(shù)

23、） 一般情況一般情況 1 n ，多方過程可近似代表氣體內(nèi)進行的實際過程。多方過程可近似代表氣體內(nèi)進行的實際過程。AAAAnVpnVpkddV1p2p0Vp40;.過程特征參量關系等容等容0等壓等壓等溫等溫0絕熱絕熱0QAE0V0p0T0Q CTpCTVCpV 1pVC12VTC13pTCTCMmVTCMmp12lnVVRTMmTRMmQA TCMmV11122VpVpTCMmVAEQTCMmV41;.過程特征參量關系等容等容0等壓等壓等溫等溫0絕熱絕熱0QAE0V0p0TCTpCTVCpV TCMmVTCMmpQA 21lnppRTMmVpTCMmVAEQTCMmVTCMmVTCMmV1pVC

24、12VTC13pTC0Q 42;. 熱能不能直接轉(zhuǎn)化為有用功，必須通過熱力學系統(tǒng)，使熱能先轉(zhuǎn)化為氣體分子熱能不能直接轉(zhuǎn)化為有用功，必須通過熱力學系統(tǒng)，使熱能先轉(zhuǎn)化為氣體分子的無序運動，再使無序的分子運動轉(zhuǎn)化為有序運動。的無序運動，再使無序的分子運動轉(zhuǎn)化為有序運動。熱力學系統(tǒng)熱力學系統(tǒng)熱能熱能功功熱能不可能脫離熱力學系統(tǒng)直接做功！熱能不可能脫離熱力學系統(tǒng)直接做功！8.48.4熱力學系統(tǒng)的循環(huán)過程熱力學系統(tǒng)的循環(huán)過程43;.熱力學系統(tǒng)熱力學系統(tǒng)熱能熱能功功目的：希望將熱能轉(zhuǎn)化為功。目的：希望將熱能轉(zhuǎn)化為功。AEQ 一、為什么需要循環(huán)？一、為什么需要循環(huán)？ 理想氣體以體積膨脹的方式對外界做功。但膨脹

25、有限度，這一限度限制理想氣體以體積膨脹的方式對外界做功。但膨脹有限度，這一限度限制了將熱能轉(zhuǎn)化為功的連續(xù)性了將熱能轉(zhuǎn)化為功的連續(xù)性。44;.VA? 現(xiàn)實的方法是：當熱力學系統(tǒng)做功到一定的程度后，設法使系統(tǒng)恢復到初始現(xiàn)實的方法是：當熱力學系統(tǒng)做功到一定的程度后，設法使系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)，再以原方式對外界做功。狀態(tài)，再以原方式對外界做功。 這樣周而復始，可以用一個熱力學系統(tǒng)，連續(xù)將熱能轉(zhuǎn)化為有用功。所以循這樣周而復始，可以用一個熱力學系統(tǒng)，連續(xù)將熱能轉(zhuǎn)化為有用功。所以循環(huán)過程是必須的。環(huán)過程是必須的。p45;.二、需要什么形式的循環(huán)？二、需要什么形式的循環(huán)？ 由于熱力學系統(tǒng)返回初始態(tài)時，外界必須付

26、出代價由于熱力學系統(tǒng)返回初始態(tài)時，外界必須付出代價外界對系統(tǒng)做功。外界對系統(tǒng)做功。 如果外界的功等同或大于系統(tǒng)膨脹的功，系統(tǒng)膨脹的功則毫無意義！如果外界的功等同或大于系統(tǒng)膨脹的功，系統(tǒng)膨脹的功則毫無意義！46;.VAB1QAbb2Q11AEEQAB22AEEQBA2121AAQQ2121AAQQ21AAA21QQAp 熱力學系統(tǒng)是能量的中轉(zhuǎn)站！熱力學系統(tǒng)是能量的中轉(zhuǎn)站！三、循環(huán)的目的：三、循環(huán)的目的：47;.21QQA 為評價一個循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)化為有用功的能力，引入循環(huán)效率：為評價一個循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)化為有用功的能力，引入循環(huán)效率：1QA1212111QQQQQQA 一個具體循環(huán)效率，可由上式計算。

27、構造循環(huán)時應是高效率的循環(huán)。一個具體循環(huán)效率，可由上式計算。構造循環(huán)時應是高效率的循環(huán)。四、如何評價循環(huán)？四、如何評價循環(huán)？ 因為系統(tǒng)必須返回原態(tài)，系統(tǒng)在循環(huán)中放熱是不可避免的。系統(tǒng)在循環(huán)中吸因為系統(tǒng)必須返回原態(tài)，系統(tǒng)在循環(huán)中放熱是不可避免的。系統(tǒng)在循環(huán)中吸收的熱能只有一部分轉(zhuǎn)化為有用功。收的熱能只有一部分轉(zhuǎn)化為有用功。48;.ABCD1Q2Q1T2TV 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) 由四個分過由四個分過程組成程組成:BA第一過程：等溫過程第一過程：等溫過程21TT p第二過程：絕熱過程第二過程：絕熱過程CB 第第 三過程：等溫過程三過程：等溫過程第第 四過程：絕熱過程四過程：絕熱過程DC AD 過程效率

28、：過程效率：%100過程效率：過程效率：僅恢復體積僅恢復體積恢復內(nèi)能、體積恢復內(nèi)能、體積卡諾（卡諾（Carnot）AEQ 49;.ABCD1Q2Q1T2TV21TT 卡諾循環(huán)的效率：卡諾循環(huán)的效率：0ln11ABABVVRTMmAQ0ln22CDCDVVRTMmAQp1211QQQA50;.ABCD1Q2Q1T2TV21TT ABVVRTMmQln11DCVVRTMmQln22以絕對值表示：以絕對值表示：ABDCVVTVVTQQlnln11121211CCBBVTVT11DDAAVTVTpDCABVVVV121TT51;.121TTABCD1Q2Q1T2TV21TT 熱力學系統(tǒng)卡諾循環(huán)與兩個熱

29、庫有關，熱力學系統(tǒng)卡諾循環(huán)與兩個熱庫有關，T1是高溫熱庫溫度，是高溫熱庫溫度，T2是低溫熱庫溫度。是低溫熱庫溫度。例如：汽油機汽缸燃燒高溫例如：汽油機汽缸燃燒高溫T11000 ， 排汽溫度排汽溫度T227，汽油機卡諾效率：，汽油機卡諾效率：%4 .7612733001112TTp52;.例例 8 81313Vpabc1V2V1pba AEQ12121VVpiTTCMmQabpab121VVpAab1212VVpiAQEcb ac 2112VVpiTTCMmEQbcVbc0bcA0caE211121lnlnVVVpVVRTMmAQacaca211VpVpcRTMmpV 3i53;.021121V

30、VpiTTCMmQabpab02211VVpiQbc0ln2111VVVpQca12121112111221ln211VVpiVVVpVVpiQQVpabc1V2V1pcabcQQQ21Q54;.卡諾循環(huán)的圖示：卡諾循環(huán)的圖示：ABCD1Q2Q1T2TV21TT p1211TTQA2Q21QQA1Q1T2T高溫熱源高溫熱源低溫熱源低溫熱源55;.VAB1Q2QAbb 循環(huán)的目的是熱功轉(zhuǎn)化，理想氣循環(huán)的目的是熱功轉(zhuǎn)化，理想氣體系統(tǒng)膨脹的功大于系統(tǒng)復原時外界體系統(tǒng)膨脹的功大于系統(tǒng)復原時外界的功。的功。 基本特點是基本特點是順時針循環(huán)順時針循環(huán)，稱為，稱為正循環(huán)，以正循環(huán)的工作的系統(tǒng)稱正循環(huán)，以正循

31、環(huán)的工作的系統(tǒng)稱為為熱機熱機。如果循環(huán)方向逆轉(zhuǎn)如果循環(huán)方向逆轉(zhuǎn)：p56;.VAB1Q2QAbb 理想氣體系統(tǒng)膨脹的功小于系統(tǒng)復原理想氣體系統(tǒng)膨脹的功小于系統(tǒng)復原時外界的功。外界對系統(tǒng)有凈功！時外界的功。外界對系統(tǒng)有凈功！ 循環(huán)的目的不再是熱功轉(zhuǎn)化，而是循環(huán)的目的不再是熱功轉(zhuǎn)化，而是以功為代價，換取熱量的逆行，以功為代價，換取熱量的逆行，即制冷。即制冷。p制冷循環(huán)制冷循環(huán) 57;.制冷循環(huán)制冷循環(huán) 為評價一個逆循環(huán)有用功將熱量為評價一個逆循環(huán)有用功將熱量逆抽送的能力，引入逆抽送的能力，引入制冷系數(shù)制冷系數(shù)：AQw2212QQQwAQ 2PwtQ2VAB1Q2QAbbptAwtQ258;.ABVV

32、RTMmQln11DCVVRTMmQln22212212TTTQQQw1121TTw隨低溫熱源的溫度隨低溫熱源的溫度T2的下降，制冷系數(shù)降低，進一的下降，制冷系數(shù)降低，進一步制冷困難。步制冷困難。卡諾逆循環(huán)卡諾逆循環(huán)ABCD1Q2Q1T2TV21TT pDCABVVVV59;.260265270275280285290295300050100150200250300T2W16-May-2005 W.m f=16KHz212212TTTQQQwK3001T制冷系數(shù)隨低溫熱庫的溫度變化。制冷系數(shù)隨低溫熱庫的溫度變化。2T60;.例例 設電冰箱箱內(nèi)溫度為設電冰箱箱內(nèi)溫度為T2=270K，箱外空氣溫度

33、為箱外空氣溫度為T1=300K（27 ），卡諾卡諾制冷系數(shù)為：制冷系數(shù)為：212TTTw9270300270若 T2=252K（18 ）212TTTw25. 525230025261;.例：一制冷機的電機的輸出功率為例：一制冷機的電機的輸出功率為200W，如果冷凝室的溫度為，如果冷凝室的溫度為270.0K，而冷凝室外，而冷凝室外的溫度為的溫度為300.0K，如果為理想效率，問在，如果為理想效率，問在10.0min內(nèi)從冷凝室中取出的熱量為多少？內(nèi)從冷凝室中取出的熱量為多少？sJ180020092PwtQ9270300270212TTTw600秒時間總熱量：秒時間總熱量：J1008. 118006

34、0062QPwtAwtQ262;. 在實際過程中，熱能與機械功的轉(zhuǎn)化過程中有在實際過程中，熱能與機械功的轉(zhuǎn)化過程中有不對等不對等的結構。的結構。 循環(huán)吸熱后，由于循環(huán)的性質(zhì)，循環(huán)吸熱后，由于循環(huán)的性質(zhì)，必須必須返還其中一部分于外界，否則循環(huán)不返還其中一部分于外界，否則循環(huán)不能維持。能維持。AEQ0E循環(huán)過程：循環(huán)過程：AQ %100QA%100111212TTQQ8.5 熱力學第二定律熱力學第二定律一一 與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程63;.%100111212TTQQ 熱能不可能全部轉(zhuǎn)化為功，而不對外界產(chǎn)生影響！熱能不可能全部轉(zhuǎn)化為功，而不對外界產(chǎn)生影響！ 等溫過程可以

35、將熱能全部轉(zhuǎn)化為功，但是對外界有影響。（氣體的體積變化）等溫過程可以將熱能全部轉(zhuǎn)化為功，但是對外界有影響。（氣體的體積變化） 功熱轉(zhuǎn)換過程具有方向性！功轉(zhuǎn)換為熱經(jīng)常自然發(fā)生；而熱不可能自動地轉(zhuǎn)換功熱轉(zhuǎn)換過程具有方向性！功轉(zhuǎn)換為熱經(jīng)常自然發(fā)生；而熱不可能自動地轉(zhuǎn)換為功。為功。64;.熱傳導熱傳導 熱量自動地由高溫物體傳向低溫物體，其逆過程是不存在的。即熱傳導過熱量自動地由高溫物體傳向低溫物體，其逆過程是不存在的。即熱傳導過程是不可逆的。程是不可逆的。氣體的自由膨脹氣體的自由膨脹氣體的自由膨脹過程是不可逆的。氣體的自由膨脹過程是不可逆的。 自然界的一切實際熱力學過程都是按一定的方向進行的，其逆過程

36、不可能自然界的一切實際熱力學過程都是按一定的方向進行的，其逆過程不可能自動進行。自動進行。自然過程是有方向的自然過程是有方向的。65;.開爾文的表述開爾文的表述：單一熱源：單一熱源循環(huán)動作循環(huán)動作熱機不可能制成。熱機不可能制成。克勞修斯表述克勞修斯表述：熱量不可能：熱量不可能自動地自動地由低溫熱源傳向由低溫熱源傳向 高溫熱源。高溫熱源。 熱力學第二定律是說明熱力學第二定律是說明自然宏觀過程進行的方向的規(guī)律。自然宏觀過程進行的方向的規(guī)律。熱力學第二定律的兩種表述是等價的。熱力學第二定律的兩種表述是等價的。二二 熱力學第二定律的表述熱力學第二定律的表述( (唯一效果是熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程是不可能的

37、。唯一效果是熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程是不可能的。) )66;. 不可能有這樣的循環(huán)，從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)化為功，而不對外界產(chǎn)不可能有這樣的循環(huán)，從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)化為功，而不對外界產(chǎn)生影響。生影響。熱量不可能熱量不可能自動地自動地由低溫熱源傳向高溫熱源。由低溫熱源傳向高溫熱源。熱量可以熱量可以自動地自動地由高溫熱源傳向低溫熱源。由高溫熱源傳向低溫熱源。熱量可以由低溫熱源傳向高溫熱源。熱量可以由低溫熱源傳向高溫熱源。熱機的效率不可能達到熱機的效率不可能達到100100。問題：熱機的效率不能達到問題：熱機的效率不能達到100100，理論上熱機的效率上限是多少？在技術上如，理論上熱機的效率上限是多

38、少？在技術上如何達到這個上限？何達到這個上限？67;.例 用熱力學第一定律和第二定律分別證明，在P-V圖上一絕熱線與一等溫線不能有兩個交點 解：1.由熱力學第一定律有AEQ 若有兩個交點a和b，則經(jīng)等溫過程有0111 AQE經(jīng)絕熱過程有022 AE022 AE從上得出21EE這與兩點的內(nèi)能變化應該相同矛盾2.若兩條曲線有兩個交點，則組成閉合曲線而構成了一循環(huán)過程，這循環(huán)過程只有吸熱，無放熱，且對外做正功，熱機效率為100%，違背了熱力學第二定律68;. 一、可逆過程與不可逆過程一、可逆過程與不可逆過程定義定義可逆過程可逆過程: : 一個過程一個過程 P 其逆過程完成時，周圍的一切都完全復原，則

39、過程其逆過程完成時，周圍的一切都完全復原，則過程 P 為可為可逆過程。逆過程。不可逆過程不可逆過程: : 一個過程一個過程 P 其逆過程不存在，或逆過程完成時周圍的一切不能完其逆過程不存在，或逆過程完成時周圍的一切不能完全復原，則過程全復原，則過程 P 為不可逆過程。為不可逆過程。 可逆過程一定是準靜態(tài)過程。但準靜態(tài)過程不一定是可逆過程。例如無限緩可逆過程一定是準靜態(tài)過程。但準靜態(tài)過程不一定是可逆過程。例如無限緩慢地透熱過程。慢地透熱過程。8.6 8.6 熵熵 系統(tǒng)恢復不了原態(tài)，系統(tǒng)恢復不了原態(tài)，P 就是不可逆的；系統(tǒng)恢復了原態(tài)卻引起了外界的變化，就是不可逆的；系統(tǒng)恢復了原態(tài)卻引起了外界的變化，過程過程 P 也是不可逆的也是不可逆的 69;.p熱機汽缸的活塞快速膨脹過程是否可逆過程？熱機汽缸的活塞快速膨脹過程是否可逆過程？70;.熱機的汽缸活塞快速膨脹過程是否可逆過程？熱機的汽缸活塞快速膨脹過程是否可逆過程？p1p由于快速膨脹：由于快速膨脹：pp 1系統(tǒng)對外界的功：系統(tǒng)對外界的功：VpA1171;.由于快速壓縮：由于快速壓縮：2pp熱機的汽缸活塞快速膨脹過程是否可逆過程？熱機的汽缸活塞