北京化工大学普通物理学7-2.ppt

在绝热过程中，内能的增量仍为,7.7 绝热过程 adiabatic process,特征：,根据热力学第一定律：,系统在绝热过程中始终不与外界交换热量。,良好绝热材料包围的系统发生的过程,进行得较快，系统来不及和外界交换热量的过程,过程方程,对无限小的准静态绝热过程 有,讨论：,绝热膨胀,对外作功,内能减少,温度降低,绝热压缩,外界作功,内能增加,温度升高,(1) 从数学角度：,等温线在A点的斜率为：,绝热线在A点的斜率为：,(2) 从物理方面：,体积增加时，压强降低,等温：体积增加。,绝热：体积增加,温度降低。,从图中看出：绝热线比等温线陡些。,微分,过程曲线,绝热过程中 ，理想气体不吸收热量，系统减少的内能，等于其对外作功 。,绝热过程中功的计算,例题 1.210-2kg的氦气（视为理想气体）原来的温度为300K，作绝热膨胀至体积为原来的2倍，求氦气在此过程中所作的功。如果氦气从同一初态开始作等温膨胀到相同的体积，问气体又作了多少功？ 解：氦气的摩尔质量 Mm=410-3kg/mol, m = 1.210-2kg , T1= 300K , V2=2V1 , CV=3/2R , =1.67.,说明从同一初态开始膨胀相同体积，等温比绝热过程作的功多。,一 、 循环过程,循环过程的特征：内能不发生变化。,如果系统从某一平衡态开始，经过一系列的变化过程，又回到初始状态，这样的周而复始的变化过程称为循环过程，简称循环。,热力学第一定律,7.8 循环过程 cyclical process,正循环(循环沿顺时针方向进行),（系统对外作功）,Q1,Q2,a,b,根据热力学第一定律，有,正循环也称为热机循环,二、正循环、逆循环,热机的效率：,逆循环(循环沿逆时针方向进行),（系统对外作负功）,逆循环也称为致冷循环,Q1,Q2,a,b,致冷机的致冷系数定义为：,致冷系数的意义：外界每消耗一个单位的功能从低温热源吸取多少热量。,例题、1mol单原子气体氖经历图示循环求其效率,解:,吸热,放热,或,定律的引出,热机吸收的热量不能全部转换为功,不违背第一定律却又不能实现,自然界里还存在着其它的定律和规律,热机效率 不能等于100%,（1）除热力学第一定律外，还得有另一规律使更为完善，缺一不可！,（2）功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功，这里有一个条件和方向性的问题,7.9 热力学第二定律,一、热力学第二定律的两种表述,不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起其它变化（即热量不可能自动地从低温物体传向高温物体） 热力学第二定律的克劳修斯表述。,不可能从单一热源吸取热量，使它完全变为有用功而不引起其它变化（即热全部变为功的过程是不可能的） 热力学第二定律的开尔文表述。,第二类永动机：从单一热源吸取热量把它全部用来作功而不把热量放给其它物体的机器，这是效率为100的机器。,第二类永动机违反了热力学第二定律，是不可能造成的。,用热力学第二定律证明：在pV 图上任意两条绝热线不可能相交,反证法,例,证,a,b,c,绝热线,等温线,设两绝热线相交于c 点，在两绝热线上寻找温度相同 的两点a、b。在ab间作一条等温线， abca构成一循环过程。在此循环过程该中,这就构成了从单一热源吸收热量的热机。这是违背热力学第二定律的开尔文表述的。因此任意两条绝热线不可能相交。,热功转换,热传导,前面提到,二、可逆过程与不可逆过程,可逆过程：如果逆过程能重复正过程的每一状态，且不引起其它变化。,气体绝热自由膨胀,不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，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他变化，这样的过程叫做不可逆过程。,不可逆,例如：单摆的运动（有否有摩擦等耗散力）热传导,宏观过程的不可逆性是相互沟通的，如果一种实际过程的不可逆性消失了，其它的实际过程的不可逆性也就随之消失了。,假设：热量能自动地经过某种假想装置从低温传向高温。,结论： 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。,结论：从高温热源T1吸收热量Q1 Q2，全部对外作功。,卡诺循环是由两个准静态的等温过程和两个准静态的绝热过程组成的,AB 等温膨胀过程中，从高温热源T1吸收的热量为:,CD等温压缩过程中，向低温热源T2处放出的热量为:,7.11 卡诺循环 卡诺定理,由BC绝热过程有,由DA绝热过程有,比较二式得,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。,卡诺致冷机（卡诺逆循环）,卡诺致冷机致冷系数,讨论,（1）这是完成一个循环所需的最少热源（高温热源 和低温热源 ）,（2）提高热机效率的途径 或降低,（提高 ）,即热机效率不能达到100%（？）,（3）卡诺热机的效率,实际上约30%！,例如：郑州发电厂某台机组,则其效率为,卡诺定理,1、在相同的高温热源和低温热源之间工作的任何工作物质的可逆机，都具有相同的效率。,2、工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆热机的效率都不可能大于可逆热机的效率。,这一定理指出要想提高热机的效率，必须提高高温热源的温度和降低低温热源的温度；并使热机尽量接近于可逆热机。,例题 一卡诺机在温度为400K和300K的两个热源之间运转，问： (1) 如果在每一循环中，该机从高温热源得到6000J的热量，其对外作净功多少？ (2) 如果该机反向循环，当作致冷机，从低温热源吸收6000J的热量，要向高温热源放热多少？ (3) 如果提高高温热源的温度，让热机仍工作在与 (1)相同的两条绝热线之间，但每次循环净功比(1)增加20，求此时高温热源的温度。,向低温热源放热,(3)每次循环放热仍为：,地球上的人要在月球上居住，首要问题就是保持他们的起居室处于一个舒适的温度，现考虑用卡诺循环机来作温度调节，设月球白昼温度为1000C，而夜间温度为 1000C， 起居室温度要保持在200C，通过起居室墙壁导热的速率为每度温差0.5kW，,白昼和夜间给卡诺机所供的功率,解,例,求,在白昼欲保持室内温度低，卡诺机工作于致冷机状态，从室内吸取热量Q2 ， 放入室外热量Q1,则,每秒钟从室内取走的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即,在黑夜欲保持室内温度高，卡诺机工作于致冷机状态，从室 外吸取热量Q1， 放入室内热量Q2,每秒钟放