第8章熱力學(xué)第一定律2(循環(huán)修定)

在生產(chǎn)技術(shù)上，很多機器需要通過物質(zhì)系統(tǒng)把熱與功之間的轉(zhuǎn)換持續(xù)不斷地進(jìn)行下去，這就需要利用循環(huán)過程來完成。一個系統(tǒng)從某個狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一系列狀態(tài)變化，又回到初始狀態(tài)的整個過程稱為循環(huán)過程，簡稱循環(huán)。8.5循環(huán)過程

各種熱機利用熱來做功，如蒸汽機、內(nèi)燃機、汽輪機等。工質(zhì)經(jīng)過周而復(fù)始的循環(huán)過程持續(xù)不斷地把熱轉(zhuǎn)換為功。循環(huán)工作的物質(zhì)稱為工作物質(zhì)，簡稱工質(zhì)。西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

1、概念：

若循環(huán)的每一階段都是準(zhǔn)靜態(tài)過程，則此循環(huán)可用p-V圖上的一條閉合曲線表示。沿反時針方向進(jìn)行的循環(huán)稱為逆（致冷）循環(huán)。沿順時針方向進(jìn)行的循環(huán)稱為正(熱)循環(huán)。循環(huán)POVMNabCAdPOVMNabCdA正(熱)循環(huán)逆（致冷）循環(huán)西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

POVMNabCdA3、熱力學(xué)第一定律總吸熱（取絕對值）總放熱2、循環(huán)過程的特點：任何熱機都是按正循環(huán)進(jìn)行工作的系統(tǒng)對外界所作的凈功為

工質(zhì)經(jīng)一循環(huán)，內(nèi)能不變。Q1Q2西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

4、熱機及其效率POVMNabCdA熱機效率熱機（正循環(huán)）熱機效率η永遠(yuǎn)是小于1的。Q1Q2西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

【例題】計算汽油機的效率。汽油機是內(nèi)燃機的一種。內(nèi)燃機是燃料在汽缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動活塞并輸出動力的機械。1872年，德國工程師奧托（N.A.Otto，1832–1891）研制成功了第一臺四沖程活塞式煤氣內(nèi)燃機。1883年，德國人戴姆勒（G.Daimler，1834–1900）成功地制造出了第一臺汽油內(nèi)燃機。奧托循環(huán)由吸氣過程、壓縮過程、膨脹做功過程和排氣過程這四個沖程構(gòu)成。

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ab：等壓過程1、bc—絕熱過程2、cd—等容過程3、de—絕熱過程4、eb—等容過程奧托循環(huán)POP0V0VVabedcQ1Q2西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

單缸四沖程汽油機構(gòu)造圖西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

cd過程吸熱為:eb過程放熱為:所以，循環(huán)效率為:又過程de和bc有如下關(guān)系:圖8–15奧托循環(huán)POP0V0VVabedcQ1Q2西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

解:r:壓縮比西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

可見，奧托循環(huán)的效率決定于壓縮比。8.6卡諾循環(huán)薩迪．卡諾

(N.L.S.Carnot,1796-1832)

由兩個準(zhǔn)靜態(tài)等溫過程和兩個準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程所組成。

1824年法國的年青工程師卡諾對熱機的最大可能效率問題進(jìn)行理論研究提出的一個理想循環(huán)—卡諾循環(huán)，它給出了熱機效率的理論極限值。以理想氣體為工作物質(zhì)該循環(huán)：工質(zhì)在兩個恒定的高、低溫?zé)嵩粗g工作。西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

Aabcd低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

a→b：等溫膨脹，吸熱；b→c：

絕熱膨脹；c→d：等溫壓縮，放熱；d→a：絕熱壓縮：Aabcd以上四式相加：西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

Aabcdc—d

等溫壓縮放熱

d—a絕熱過程b—c

絕熱過程

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a—b等溫膨脹吸熱Aabcd西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

（1）要完成循環(huán)，必須有高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩?。?）卡諾熱機的效率。討論（2）卡諾循環(huán)的效率只與兩個熱源溫度有關(guān)。而與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。提高效率的途徑是提高高溫?zé)嵩吹臏囟然蚪档偷蜏責(zé)嵩吹臏囟?。而通常后一種辦法是不經(jīng)濟的。

（4）在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的工作的一切熱機中，卡諾循環(huán)的效率最高。（5）由卡諾循環(huán)可以定義熱力學(xué)溫標(biāo)。

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圖中兩卡諾循環(huán)嗎？思考題西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機8.7致冷循環(huán)

工質(zhì)把從低溫?zé)嵩次盏臒崃縌2和外界對它所作的功A

以熱量的形式傳給高溫?zé)嵩碤1

。西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

——逆循環(huán)bcdaA卡諾致冷機POVMNabCAd致冷機致冷系數(shù)Q1Q2西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

(一)等溫膨脹過程(d-c)吸熱(三)等溫壓縮過程(b-a)放熱(二)絕熱壓縮過程(c-b)(四)絕熱膨脹過程（a-d）卡諾致冷機致冷系數(shù)：西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

家用電冰箱工作原理圖A西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

【例題】一電冰箱在氣溫為40oC的房間內(nèi)工作，保持結(jié)冰室內(nèi)的溫度為–10℃，由于冰箱壁的絕熱層不是理想的，結(jié)冰室每小時自房間內(nèi)吸收熱量3×105J，假設(shè)冷凍裝置是卡諾致冷機，問冷凍機的電動機每小時消耗多少能量?解：西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

例已知2mol氦氣先等壓膨脹體積倍增，后絕熱膨脹至原溫度。1）畫P—V圖；pVABCo20402）在這過程中氦氣吸熱。3）

A-B-C過程氦氣的內(nèi)能變化4）A-B-C過程氣體做的總功解：西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

【例題】如圖所示，設(shè)有一摩爾的雙原子分子理想氣體作abca的循環(huán)過程（bc為絕熱線），P0、V0均為已知。求：（1）氣體在各過程中所傳遞的熱量；（2）一循環(huán)中氣體所作的凈功；（3）循環(huán)效率。解(1):a—b，等體吸熱西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

b—c絕熱：c—a等壓：（2）一循環(huán)中氣體所作的凈功：（3）循環(huán)效率：放熱西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

Op123V解1):1—2

【例題】

1mol雙原子分子理想氣體經(jīng)過如圖的過程，其中1—2為直線過程、2—3為絕熱過程、3—1為等溫過程。已知T1,T2=2T1,V3=8V1.求：1）各過程的功、熱量和內(nèi)能變化；2）此循環(huán)熱機效率。西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

2—33—1Op123V解:2）循環(huán)的效率：西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

【例題】如圖所示，設(shè)有一摩爾的雙原子分子理想氣體作abca的循環(huán)過程（bc為等溫線），P0，V0均為已知,求：（1）氣體在各過程中所傳遞的熱量；（2）一循環(huán)中氣體所作的功；（3）循環(huán)效率。（Ln2=0.69）西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

【例題】如圖所示，設(shè)有1mol雙原子分子理想氣體作abca的循環(huán)過程（ca為等溫過程）。求：（1）氣體在各個過程中所傳遞的熱量；（2）一循環(huán)中氣體對外界所作的凈功；（3）循環(huán)效率。西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

1.準(zhǔn)靜態(tài)過程從一個平衡態(tài)到另一平衡態(tài)所經(jīng)過的每一中間狀態(tài)均可近似當(dāng)作平衡態(tài)的過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程在平衡態(tài)p–V圖上可用一條曲線來表示2.準(zhǔn)靜態(tài)過程功的計算本章小結(jié)（功是過程量）西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

3.熱量：

熱量是高溫物體向低溫物體傳遞的能量.（熱量也是過程量）摩爾熱容：1mol理想氣體溫度升高1度所吸收的熱量.（與具體的過程有關(guān)）邁耶公式比熱容比：西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

理想氣體內(nèi)能變化與的關(guān)系5.熱力學(xué)第一定律系統(tǒng)從外界吸收的熱量，一部分使系統(tǒng)的內(nèi)能增加，另一部分使系統(tǒng)對外界做功.Q=E2-E1+A對于無限小過程

dQ

=dE

+dA（注意：各物理量符號的規(guī)定）

4.理想氣體的內(nèi)能：理想氣體不考慮分子間的相互作用，其內(nèi)能只是分子的無規(guī)則運動能量的總和，是溫度的單值函數(shù).內(nèi)能是狀態(tài)量

E=E(T)西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

等體等壓等溫絕熱過程過程特點過程方程熱一律內(nèi)能變化摩爾熱容西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

6.循環(huán):系統(tǒng)經(jīng)過一系列狀態(tài)變化后，又回到原來的狀態(tài)的過程叫循環(huán).循環(huán)可用p—V圖上的一條閉合曲線表示.

熱機效率

熱機:順時針方向進(jìn)行的循環(huán)致冷系數(shù)

致冷機:逆時針方向進(jìn)行的循環(huán)卡諾熱機效率卡諾致冷機致冷系數(shù)

卡諾循環(huán):

系統(tǒng)只和兩個恒溫?zé)嵩催M(jìn)行熱交換的準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過程.西南大學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)第八章熱力學(xué)第一定律

微觀粒子