热力学基础02学习.pptx

这就是理想气体的绝热方程。其中的常数由质量和初状态确定。称为摩尔热容比。由此还可得：第1页/共42页9.4.3 9.4.3 绝热曲线绝热曲线 如图，绝热线和等温线有一个交点A，在这一点处两线的斜率为：，这就是说，绝热线斜率的绝对值较大，压强变化较快。ABC常量第2页/共42页9.4.4 9.4.4 绝热过程中功的计算绝热过程中功的计算 绝热过程内能的增量：第3页/共42页另：在准静态绝热过程中，系统所做的功为：第4页/共42页0绝热0等温等压0等容备注QAE过程热力学第一定律对理想气体四个过程的应用热力学第一定律对理想气体四个过程的应用第5页/共42页9.5 循环过程 卡诺循环9.5.1 9.5.1 循环过程循环过程1.热机 吸热放热做功工作物质：热机中被用来吸收热量并对外做功的物质叫做工作物质。热机：利用热能做功的机器。特点：都有工作物质；都吸收热量增加内能，其中一部分对外做功，另一部分以热量的形式散发到温度较低的冷凝器中。第6页/共42页一个系统，从某一状态出发，经过任意的一系列过程，最后回到初始状态，这样的过程称为循环过程，简称循环。如图，整个循环过程中系统对外做正功（其大小为闭合曲线面积）称为正（热）循环。循环方向相反，称为逆（冷）循环。都重复上述动作循环。oPV2.循环过程 第7页/共42页热机发展简介热机发展简介1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸汽机，但当时的效率极低。1765年，瓦特对蒸汽机进行了重大改进，大大提高了其效率。人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展。各种热机的效率各种热机的效率液体燃料火箭柴油机汽油机蒸汽机第8页/共42页热机：持续地将热量转变为功的机器。工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质。第9页/共42页冰箱循环示意图第10页/共42页3.循环效率热机高温热源低温热源AB对正循环，工作物质从高温热源吸热 ，又向低温热源放出热量 。整个过程内能不变。对外做的净功为：。在一次循环过程中工作物质对外做的净功占它从高温热源吸收的热量的比率称为该循环的效率。有：第11页/共42页致冷机高温热源低温热源AB对逆循环，工作物质从低温热源吸热 ，又向高温热源放出热量 。外界必须对工作物质做净功 ，即：。第12页/共42页逆循环的效率称为制冷系数，即：卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成的。9 9.5.2 .5.2 卡诺循环卡诺循环及其效率及其效率 1824 年法国的年轻工程师卡诺提出了一个工作在两热源之间的理想循环卡诺循环，给出了热机效率的理论极限值。他还提出了著名的卡诺定理。第13页/共42页低温热源高温热源卡诺热机AABCD 理想气体卡诺循环热机效率的计算AB 等温膨胀 BC 绝热膨胀 CD 等温压缩 DA 绝热压缩 卡诺循环第14页/共42页AABCDAB 等温膨胀吸热CD 等温压缩放热第15页/共42页BC 绝热过程 DA 绝热过程AABCD 卡诺热机效率第16页/共42页卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关。两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高。AABCD高温热源低温热源卡诺致冷机 卡诺致冷机（卡诺逆循环）第17页/共42页卡诺致冷机致冷系数 图中两卡诺循环 吗？讨 论第18页/共42页1423解：由理想气体过程方程得例 1 1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其中 ，。求：1-2，2-3，3-4，4-1各过程中气体吸收的热量和热机的效率。第19页/共42页1423第20页/共42页例2 有2.5mol的双原子理想气体，作如图所示的循环（ac为等温过程）。求各过程中的热量、内能改变和所做的功以及循环的效率。已知：第21页/共42页解：双原子气体 第22页/共42页第23页/共42页讨论：直线过程中温度转换点与吸放热转换点。（1）无温度转换点与吸转换点的直线过程。PV甲PV乙（2）无温度转换点而有吸放热转换点的过程。（3）有温度转换点N与吸放热转换点M的直线过程。如图所示直线过程AB，已知：TA=TB第24页/共42页对于准静态直线过程AB，每一状态满足：直线过程的过程方程：消去P得：由dT/dV=0 得：PVV12V12P1P1NM第25页/共42页 设：该理想气体的分子是多原子分子，即CV=3R 由dQ/dV=0 得：可见：温度转换点不是吸放热转换点。第26页/共42页由于该过程系统对外做功，而内能无变化，所以整个过程总的来说是吸热的。从图中可计算：第27页/共42页例3 1mol多原子分子的理想气体，经如图所示的 循环，求：该循环的效率。ABCp12p1V12V1V1VP第28页/共42页解：ABCp12p1V12V1V1VPMVM第29页/共42页ABCp12p1V12V1V1VPMVM第30页/共42页9.6 热力学第二定律不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其它物体，或者说不使外界发生任何变化。第二定律的提出第二定律的提出（1）功热转换的条件第一定律无法说明。（2）热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题第一定律无法说明。热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述 1.热力学第二定律的开尔文表述 第31页/共42页等温膨胀过程是从单一热源吸热做功，而不放出热量给其它物体,但它非循环过程。12W A低温热源高温热源卡诺热机AABCD卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化。第32页/共42页 永 动 机 的 设 想 图第33页/共42页虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界做功且使环境发生变化。不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化。高温热源低温热源卡诺致冷机WABCD2.热力学第二定律的克劳修斯表述 第34页/共42页热力学第二定律两种表述的等价性证明（反证法）：设克劳修斯表述不正确，热量可以自动地由低温热源传递到高温热源，在下面设计卡诺热机中是违反开尔文表述的。高温热源低温热源高温热源低温热源A=Q1-|Q2|Q1Q2|Q2|第35页/共42页证明（反证法）：设开尔文表述不对，证明克劳修斯表述也不对。高温热源低温热源高温热源低温热源A=Q1Q1Q2Q2+A=Q2+Q1 Q2总之，热力学第二定律的两种表述是等效。第36页/共42页注 意（1）热力学第二定律是大量实验和经验的总结。（3）热力学第二定律可有多种说法，每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性。（2）热力学第二定律，开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性。第37页/共42页准静态无摩擦过程为可逆过程。可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态，而不引起其它变化，这样的过程叫做可逆过程。9.7 可逆过程 不可逆过程 卡诺定理 第38页/共42页非准静态过程为不可逆过程。不可逆过程：在不引起其它变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其它变化，这样的过程叫做不可逆过程。准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其它耗散力做功，无能量耗散的过程。可逆过程的条件第39页/共42页非自发传热自发传热高温物体低温物体 热传导 热功转换完全功不完全热然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。9.8 热力学第二定律的微观本质及统计意义 无序有序自发非均匀、非平衡均匀、平衡自发第40页/共42页9.9 熵 熵增加原理（略）9.10 能斯特定理与负温度（略）第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页