課件考題物理下學(xué)期熱學(xué)熱力學(xué)

9.4絕熱過程一、絕熱過程特點(diǎn)：在狀態(tài)變化過程中，系統(tǒng)與外界不發(fā)生熱量交換。其特征為dQ=0二、絕熱過程方程：——泊松公式這就是理想氣體的絕熱方程。其中的常數(shù)由質(zhì)量和初狀態(tài)確定。稱為摩爾熱容比。三、絕熱曲線如圖，絕熱線和等溫線由一個交點(diǎn)A，在這一點(diǎn)處兩線的斜率為：這就是說絕熱線斜率的絕對值較大，壓強(qiáng)變化較快。ABC常量V↑,n↓,P↓。a等溫過程：V↑,n↓,P↓,T↓,P↓。b絕熱過程:問題：如何從物理上解釋上述現(xiàn)象？P－V圖上絕熱線比等溫線陡???ΔVΔp1Δp2VoP五、絕熱過程中功的計算四、絕熱過程內(nèi)能的增量另：在準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程中，系統(tǒng)所做的功為：作業(yè)：填寫下表絕熱等溫等壓等容備注QA

E過程例.有一理想氣體,在P-V圖上其等溫線與絕熱線在交點(diǎn)處的斜率之比為n=0.714,開始時該氣體處于溫度

170C,

P=1atm,現(xiàn)將氣體絕熱壓縮至原體積的一半.求:該氣體最后的壓強(qiáng)和溫度.2.如圖，器壁與活塞均絕熱的容器中間被一隔板等分為兩部分，其中左邊貯有1摩爾處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的氦氣(可視為理想氣體)，另一邊為真空．現(xiàn)先把隔板拉開，待氣體平衡后，問：壓強(qiáng)為多少？再緩慢向左推動活塞，把氣體壓縮到原來的體積．求：氦氣的溫度改變多少？解：設(shè)He開始時狀態(tài)為p0、V0、T01、真空絕熱膨脹：W=0，Q=0，所以ΔE=0，即2、再作絕熱壓縮有：解：設(shè)He開始時狀態(tài)為p0、V0、T01、真空絕熱膨脹：2、再作絕熱壓縮有：9.5循環(huán)過程卡諾循環(huán)一、循環(huán)過程1.熱機(jī)的工作原理工作物質(zhì)：熱機(jī)中被用來吸收熱量并對外做功的物質(zhì)叫做工作物質(zhì)。特點(diǎn)：都有工作物質(zhì)；都吸收熱量增加內(nèi)能，其中一部分對外作功，另一部分以熱量的形式散發(fā)到溫度較低的冷凝器中。都重復(fù)上述動作循環(huán)。熱機(jī)：利用熱能做功的機(jī)器。冷凝器鍋爐泵汽缸吸熱Q1高溫?zé)釒霻1低溫?zé)釒霻2活塞水箱泵1769年法國Ｎ．Ｊ．居諾制造的蒸汽汽車蒸汽機(jī)工作原理示意圖摘自《中國大百科全書》梁守志繪

2、循環(huán)過程：一個系統(tǒng)，從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過任意的一系列過程，最后回到初始狀態(tài)，這樣的過程稱為循環(huán)過程。簡稱循環(huán)。 如圖，整個循環(huán)過程中系統(tǒng)對外作正功（其大小為閉合曲線面積）稱為正（熱）循環(huán)。循環(huán)方向相反，稱為逆（冷）循環(huán)。oPV

熱機(jī)發(fā)展簡介

1698年薩維利和1705年紐可門先后發(fā)明了蒸汽機(jī)，當(dāng)時蒸汽機(jī)的效率極低.1765年瓦特進(jìn)行了重大改進(jìn)，大大提高了效率.人們一直在為提高熱機(jī)的效率而努力，從理論上研究熱機(jī)效率問題，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推動了熱學(xué)理論的發(fā)展.各種熱機(jī)的效率液體燃料火箭柴油機(jī)汽油機(jī)蒸汽機(jī)熱機(jī)：持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器.工作物質(zhì)（工質(zhì)）：熱機(jī)中被利用來吸收熱量并對外做功的物質(zhì).冰箱循環(huán)示意圖3、循環(huán)效率：對正循環(huán)，工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰?，又向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃俊Ｕ麄€過程內(nèi)能不變。對外做的凈功為：。在一次循環(huán)過程中工作物質(zhì)對外做的凈功占它從高溫?zé)嵩次盏臒崃康谋嚷史Q為該循環(huán)的效率。有：熱機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅B對逆循環(huán)，工作物質(zhì)從低溫?zé)嵩次鼰幔窒蚋邷責(zé)嵩捶懦鰺崃?。外界必須對工作物質(zhì)做凈功，即：。致冷機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅B逆循環(huán)的效率稱為制冷系數(shù)，即：卡諾循環(huán)是由兩個準(zhǔn)靜態(tài)等溫過程和兩個準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程組成.卡諾循環(huán)

1824年法國的年青工程師卡諾提出一個工作在兩熱源之間的理想循環(huán)—卡諾循環(huán).給出了熱機(jī)效率的理論極限值;他還提出了著名的卡諾定理.低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)AABCD理想氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的計算

A—B

等溫膨脹B—C

絕熱膨脹

C—D

等溫壓縮D—A

絕熱壓縮卡諾循環(huán)AABCDA—B等溫膨脹吸熱C—D

等溫壓縮放熱B—C

絕熱過程

D—A

絕熱過程AABCD卡諾熱機(jī)效率卡諾熱機(jī)效率與工作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個熱源的溫度有關(guān)，兩熱源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高.

AABCD高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī)卡諾致冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)圖中兩卡諾循環(huán)嗎？討論1、如圖所示，絕熱過程AB、CD，等溫過程DEA，和任意過程BEC，組成一循環(huán)過程．若圖中ECD所包圍的面積為70J，EAB所包圍的面積為30J，DEA過程中系統(tǒng)放熱100J，則整個循環(huán)過程(ABCDEA)系統(tǒng)對外作功為____．

(2)BEC過程中系統(tǒng)從外界吸熱為___________．40J140JPVT1T21’’1’12練習(xí)題2、理想氣體的熱力學(xué)過程如圖，則其熱量的正負(fù)如何？解（1）1－21423

例11mol

氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其中,求1—2、2—3、3—4、4—1各過程中氣體吸收的熱量和熱機(jī)的效率.解由理想氣體過程方程得1423例2、有2.5mol的雙原子理想氣體，做如圖的循環(huán)（ac為等溫過程）。求：各過程中的熱量、內(nèi)能改變和所做的功以及循環(huán)的效率。已知：解：雙原子氣體內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)四沖程工作循環(huán)過程（four-strokeinternalcombustionengine）四沖程內(nèi)燃機(jī)是在四個工作沖程內(nèi)完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)。是熱機(jī)的一種。普通內(nèi)燃機(jī)大多為四沖程內(nèi)燃機(jī)。它分為吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。吸氣沖程進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動，汽油和空氣混合物進(jìn)入汽缸。壓縮沖程進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動，汽油與空氣混合物被壓縮。做功沖程壓縮沖程結(jié)束時，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體。高溫高壓氣體推動火花塞向下運(yùn)動，帶動曲軸轉(zhuǎn)動，對外做功。四個沖程中只有做功沖程對外做功，其他三個沖程都是靠做功沖程的慣性完成的。排氣沖程進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上運(yùn)動，把廢氣排出汽缸。

1862年法國一位工程師首先提出四沖程循環(huán)原理，1876年德國工程師尼古拉斯?奧托利用這個原理發(fā)明了發(fā)動機(jī)，因這種發(fā)動機(jī)具有轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)良性能，對工業(yè)影響很大，故把這種循環(huán)命名為奧托循環(huán)。奧托循環(huán)的一個周期是由吸氣過程、壓縮過程、膨脹做功過程和排氣過程這四個沖程構(gòu)成，首先活塞向下運(yùn)動使燃料與空氣的混合體通過一個或者多個氣門進(jìn)入氣缸，關(guān)閉進(jìn)氣門，活塞向上運(yùn)動壓縮混合氣體，然后在接近壓縮沖程頂點(diǎn)時由火花塞點(diǎn)燃混合氣體，燃燒空氣爆炸所產(chǎn)生的推力迫使活塞向下運(yùn)動，完成做功沖程，最后將燃燒過的氣體通過排氣門排出氣缸。奧托循環(huán)是理想化的循環(huán)，因?yàn)樵诶碚摲治龊陀嬎銜r，認(rèn)為循環(huán)由絕熱、等容、等壓等過程組成，并且系統(tǒng)的組成、性質(zhì)和質(zhì)量都保持不變，而實(shí)際上因?yàn)榘l(fā)生了燃燒和爆炸，系統(tǒng)的組成和性質(zhì)必然發(fā)生變化，因此實(shí)際汽油發(fā)動機(jī)的效率要比奧托理想循環(huán)的效率低很多，只有一半或更小約25%左右?，F(xiàn)代的汽車、卡車等使用的內(nèi)燃機(jī)中大多都是采用奧托循環(huán)的。四沖程汽油內(nèi)燃機(jī)（奧托循環(huán)）奧托熱機(jī)裝置簡介工質(zhì)進(jìn)氣閥活塞排氣閥點(diǎn)火裝置V1VPV2ae奧托循環(huán)過程吸氣V1VPbaV2e絕熱壓縮奧托循環(huán)過程壓縮VPabec絕熱壓縮吸熱Q1爆炸V1V2奧托循環(huán)過程VPcabe絕熱壓縮d絕熱膨脹吸熱Q1作功V1V2奧托循環(huán)過程VPcadbe絕熱壓縮絕熱膨脹吸熱Q1放熱Q2放熱V1V2奧托循環(huán)過程VPcaeb絕熱壓縮d絕熱膨脹吸熱Q1放熱Q2V1V2奧托循環(huán)過程排氣V1V2Vcadb絕熱壓縮絕熱膨脹吸熱Q1放熱Q2Pb→c等體吸熱:d→a等體放熱:熱機(jī)循環(huán)效率：V1V2Vcadb絕熱壓縮絕熱膨脹吸熱Q1放熱Q2Pa→b絕熱壓縮過程：c→d絕熱膨脹過程：oVP等溫膨脹等溫壓縮T1=300KV2V1abcT2=200Kd例3.一摩爾氧氣作如圖所示循環(huán),此循環(huán)由兩個等體過程和兩個等溫過程組成,已知V2=2V1,求循環(huán)效率。oVP等溫膨脹等溫壓縮T1=300KV2V1abcT2=200Kdd→a等體過程,工質(zhì)吸熱a→b等溫過程,工質(zhì)吸熱（做功）c→d等溫過程,工質(zhì)做功討論：直線過程中溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)與吸放熱轉(zhuǎn)換點(diǎn)（1）、無溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)與吸

轉(zhuǎn)換點(diǎn)的直線過程PV?甲PV?乙（2）、無溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)而有吸放熱轉(zhuǎn)換點(diǎn)的過程（3）、有溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)N與吸放熱轉(zhuǎn)換點(diǎn)M直線過程<<溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)TN>>如圖所示直線過程AB，已知：TA=TB對于準(zhǔn)靜態(tài)直線過程AB，每一狀態(tài)滿足：直線過程的過程方程：消去P得：由dT/dV=0得：PV?V12V12P1P1?NM<<吸放熱轉(zhuǎn)換點(diǎn)M>>設(shè)：該理想氣體的分子是多原子分子，即CV