第七章热力学理论优秀PPT.ppt

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1、第七章热力学理论现在学习的是第1页，共30页复复 习习气体物态参量气体物态参量平衡态与准静态过程平衡态与准静态过程功功热量热量内能内能热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律在理想气体的等体和等压过程的应用热力学第一定律在理想气体的等体和等压过程的应用摩尔热容摩尔热容现在学习的是第2页，共30页2、等压过程、等压过程 特点：特点：理想气体的压强保持不变，理想气体的压强保持不变，p=const.过程曲线：过程曲线：在在 p-V 图上是一条垂直图上是一条垂直p轴的直线轴的直线(等压线等压线)。过程方程：过程方程：V/T=const.内能改变内能改变:体积功体积功:pp1VV2V1AB气体体积膨胀

2、气体体积膨胀做正功，直接做正功，直接计算面积。计算面积。现在学习的是第3页，共30页2、等压过程、等压过程 和同种气体等和同种气体等体摩尔热容量体摩尔热容量计较计较pp1VV2V1AB热量交换热量交换:由热力学第一定律：由热力学第一定律：气体吸收的热量按比例做功和增加内能。气体吸收的热量按比例做功和增加内能。摩尔热容量摩尔热容量:Mayer Equ.定义定义比热容比比热容比现在学习的是第4页，共30页3、等温过程、等温过程 isotherm特点：特点：理想气体的温度保持不变，理想气体的温度保持不变，T=const.过程曲线：过程曲线：在在 p-V 图上是一条双曲线，叫图上是一条双曲线，叫等温线

3、等温线。过程方程：过程方程：pV=const.内能改变内能改变:体积功体积功:pp1p2VV2V1AB气体体积膨胀气体体积膨胀做正功，体积做正功，体积压缩做负功。压缩做负功。现在学习的是第5页，共30页3、等温过程、等温过程 isotherm热量交换热量交换:由热力学第一定律：由热力学第一定律：气体吸收的热量全部用来做功。气体吸收的热量全部用来做功。摩尔热容量摩尔热容量:pp1p2VV2V1ABO现在学习的是第6页，共30页4、绝热过程、绝热过程 adiabatic特点：特点：整个过程和外界无热量交换，整个过程和外界无热量交换，Q=0气体绝热膨胀，温度气体绝热膨胀，温度?气体绝热压缩，温度气体

4、绝热压缩，温度?过程曲线：过程曲线：在在p-V 图上是一条比等温线还陡的曲线，叫图上是一条比等温线还陡的曲线，叫绝热线绝热线。过程方程：。过程方程：导出形式：导出形式：记住第一个方程，然后记住第一个方程，然后利用状态方程推导后俩利用状态方程推导后俩个。个。pp1p2VV2V1ABO现在学习的是第7页，共30页4、绝热过程、绝热过程 adiabatic内能改变和体积功内能改变和体积功:我们分别计算了内能改变和体积功，实际计算一个值就知道另一个的我们分别计算了内能改变和体积功，实际计算一个值就知道另一个的结果了结果了!pp1p2VV2V1ABO摩尔热容量摩尔热容量:现在学习的是第8页，共30页4、

5、绝热过程、绝热过程 adiabatic绝热过程方程的推导绝热过程方程的推导:对某一元过程，热力学第一定律对某一元过程，热力学第一定律:过程复杂，直接记住最后方程过程复杂，直接记住最后方程!状态方程状态方程 取全微分取全微分:利用两式子消去等号右边的利用两式子消去等号右边的两边积分，整理两边积分，整理现在学习的是第9页，共30页4、绝热过程、绝热过程 adiabatic绝热曲线的含义之一绝热曲线的含义之一:气体初始态相同气体初始态相同,AC,AC 对是绝热线对是绝热线 AB AB 是等温线是等温线:1)1)交点交点A A处斜率比值处斜率比值绝热线绝热线等温线等温线2)2)微观解释微观解释气体膨胀

6、时，气体膨胀时，气体压缩时，气体压缩时，pp1p2VV2V1ABOC因为因为 =CP,m/CV,m 1，所以，所以绝热线比等温线更陡绝热线比等温线更陡现在学习的是第10页，共30页4、绝热过程、绝热过程 adiabatic绝热曲线的含义之二绝热曲线的含义之二:气体初始态相同气体初始态相同,AC,AC 对是绝热线对是绝热线:如何判断下列曲线是吸热还是放热？如何判断下列曲线是吸热还是放热？参见书参见书178178页例题页例题7-37-3pVAOCQ0曲线在绝热线一侧，曲线在绝热线一侧，Q0高温热源高温热源 T1低温热源低温热源 T2Q1Q2A现在学习的是第18页，共30页热机效率：热机效率：反映一

7、个热机性能的一个重要物理量应该是：在从高温热源吸反映一个热机性能的一个重要物理量应该是：在从高温热源吸收的热量中有多大一部分转化成了对外做功（有用功）。这个收的热量中有多大一部分转化成了对外做功（有用功）。这个转化比率叫做热机效率，用转化比率叫做热机效率，用表示。即：表示。即：高温热源高温热源 T1低温热源低温热源 T2Q1Q2A显然，热机效率不可能大于显然，热机效率不可能大于1 1。如果如果大于大于1 1就将违背能量守恒定律。就将违背能量守恒定律。现在学习的是第19页，共30页逆循环的特征：逆循环的特征：一个循环中外界对制冷机作功，可以把一个循环中外界对制冷机作功，可以把热量由低温热源传递到

8、高温热源热量由低温热源传递到高温热源。制冷系数：制冷系数：反映制冷机性能的一个重要物理量应该是：外界对系统做功后能反映制冷机性能的一个重要物理量应该是：外界对系统做功后能从低温热源吸收多少热量。所吸收的热量从低温热源吸收多少热量。所吸收的热量Q2Q2与外界对系统做功与外界对系统做功A A的比率叫做制冷系数：的比率叫做制冷系数：高温热源高温热源 T1低温热源低温热源 T2Q1Q2A三三 制冷机和制冷系数制冷机和制冷系数制冷系数往往大于制冷系数往往大于1 1，一般，一般3-83-8。现在学习的是第20页，共30页例例1.1.一定量的某单原子理想气体，经历如图所示的循环，一定量的某单原子理想气体，经

9、历如图所示的循环，其中其中ABAB为等温线。已知为等温线。已知VA=3VA=3升，升，VB=6VB=6升，求正循环效率和升，求正循环效率和逆循环的制冷系数。逆循环的制冷系数。V(升)P36BAC现在学习的是第21页，共30页解：解：先考虑正循环先考虑正循环并分解成三个子过程进行计算：并分解成三个子过程进行计算：V(升)P36BACABAB过程是等温膨胀，吸热：过程是等温膨胀，吸热：B BC C过程是等压压缩，放热：过程是等压压缩，放热：CACA过程是等容升温，吸热：过程是等容升温，吸热：现在学习的是第22页，共30页V(升)P36BAC循环过程中吸热循环过程中吸热Q Q1 1：由热机效率公式，

10、可得：由热机效率公式，可得：上述结果表明，此循环的效率与工作物质的多少无关。上述结果表明，此循环的效率与工作物质的多少无关。对于对于逆循环逆循环，上述关于，上述关于Q Q1 1和和Q Q2 2的计算数值是完全相同的，只是吸放热的过程正好的计算数值是完全相同的，只是吸放热的过程正好相反。所以有制冷系数为：相反。所以有制冷系数为：现在学习的是第23页，共30页四、卡诺循环四、卡诺循环法国工程师、热力学的创始人之一。法国工程师、热力学的创始人之一。他创造性地用他创造性地用“理想实验理想实验”的思维方法，提出了最简单、但有重要理的思维方法，提出了最简单、但有重要理论意义的热机循环论意义的热机循环卡诺循

11、环卡诺循环，创造了一部理想，创造了一部理想的热机的热机卡诺热机。卡诺热机。1824年卡诺提出了对热机设计年卡诺提出了对热机设计具有普遍指导意义的卡诺定理，指出了提高热机效率具有普遍指导意义的卡诺定理，指出了提高热机效率的有效途径，揭示了热力学的不可逆性，被后人认为的有效途径，揭示了热力学的不可逆性，被后人认为是热力学第二定律的先驱。是热力学第二定律的先驱。卡卡诺诺循循环环过过程程由由四四个个准准静静态态过过程程组组成成，其其中中两两个个是是等等温温过过程程和和两两个个是是绝绝热热过过程程组组成成。卡诺循环是一种理想化的模型。卡诺循环是一种理想化的模型。分类分类正循环正循环卡诺热机卡诺热机逆循环

12、逆循环卡诺制冷机卡诺制冷机1、卡诺循环、卡诺循环现在学习的是第24页，共30页ABCDPVOV1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2A AB B：等温膨胀过程，体积由：等温膨胀过程，体积由V V1 1膨胀到膨胀到V V2 2，内，内能没有变化，系统从高温热源能没有变化，系统从高温热源T T1 1吸收的热量全吸收的热量全部用来对外作功部用来对外作功B BC C：绝热膨胀，体积由：绝热膨胀，体积由V V2 2变到变到V V3 3，系统不吸收热量，对外所作，系统不吸收热量，对外所作的功等于系统减少的内能的功等于系统减少的内能2、卡诺热机：正循环、卡诺热机：正循环卡诺热机的四个过程卡诺热机的四

13、个过程现在学习的是第25页，共30页C CD D：等温压缩过程：体积由：等温压缩过程：体积由V V3 3压缩到压缩到V V4 4，内能变化为零，系统对外，内能变化为零，系统对外界所作的功等于向低温热源界所作的功等于向低温热源T T2 2放出的热量放出的热量D DA A：绝热压缩绝热压缩过程：体积由：绝热压缩绝热压缩过程：体积由V V4 4变到变到V V1 1，系统不吸收热量，外界对系，系统不吸收热量，外界对系统所作的功等于系统增加的内能。统所作的功等于系统增加的内能。在一次循环中，在一次循环中，系统对外界所作系统对外界所作的净功为的净功为|W|=Q|W|=Q1 1-Q-Q2 2T T1 1T

14、T2 2Q Q1 1Q Q2 2W WA AB BC CD DP PV V0 0V V1 1V V4 4V V2 2V V3 3T T1 1T T2 2p p1p p4 4p p2 2p p3 3Q Q1 1Q Q2 2现在学习的是第26页，共30页理想气体卡诺循环理想气体卡诺循环的效率只与两热的效率只与两热源的温度有关源的温度有关卡诺热机效率卡诺热机效率应用绝热方程应用绝热方程BCBC过程过程DADA过程过程两式比较两式比较A AB BC CD DP PV V0 0V V1 1V V4 4V V2 2V V3 3T T1 1T T2 2p p1p p4 4p p2 2p p3 3Q Q1 1

15、Q Q2 2现在学习的是第27页，共30页卡诺热机的效率只由高温热源和低温热源的温度决定，卡诺热机的效率只由高温热源和低温热源的温度决定，高温热源温度越高，低温热源温度越低，则循环效率越高温热源温度越高，低温热源温度越低，则循环效率越高；高；说明：说明：高温热源的温度不可能无限制地提高，低温热源的温度高温热源的温度不可能无限制地提高，低温热源的温度也不可能达到绝对零度，因而热机的效率总是小于也不可能达到绝对零度，因而热机的效率总是小于1 1的，的，即不可能把从高温热源所吸收的热量全部用来对外界作即不可能把从高温热源所吸收的热量全部用来对外界作功。功。现在学习的是第28页，共30页工质把从低温热

16、源吸收的热量和外界对它所作的功以热工质把从低温热源吸收的热量和外界对它所作的功以热量的形式传给高温热源，其结果可使低温热源的温度更量的形式传给高温热源，其结果可使低温热源的温度更低，达到制冷的目的。吸热越多，外界作功越少，表明低，达到制冷的目的。吸热越多，外界作功越少，表明制冷机效能越好。用制冷系数表示。制冷机效能越好。用制冷系数表示。T1T2Q1Q2W3、卡诺制冷机：逆循环、卡诺制冷机：逆循环制冷机的制冷机的工作原理工作原理制冷系数制冷系数A AB BC CD DP PV V0 0V V1 1V V4 4V V2 2V V3 3T T1 1T T2 2p p1p p4 4p p2 2p p3 3Q Q1 1Q Q2 2现在学习的是第29页，共30页作业：作业：思考题：思考题：P218 9，10，12，13习习 题：题：P221 17，19，21，23预预 习：习：6-7，6-8现在学习的是第30页，共30页