热学第三章热力学第一定律.ppt

第三章,热力学第三定律,不受外界影响，系统的宏观性质（P,V,T等）不随时间改变。,理想过程！,3.13.2热力学基本概念,1平衡态,2准静态过程,过程中的每一状态都是平衡态。,准静态过程进行中的每一时刻，系统都处于平衡态。,准静态过程只有在“无限缓慢”的条件下才能实现。,系统从平衡态1到平衡态2，经过一个过程,平衡态1必首先被破坏，系统变为非平衡态，系统从非平衡态到新的平衡态所需的时间为弛豫时间。,3弛豫时间,当系统弛豫时间比宏观变化快得多时，这个过程中每一状态都可近似看作平衡态，该过程就可认为是准静态过程。,准静态过程是实际过程无限缓慢进行时的极限情况！,例如：外界对系统做功，过程无限缓慢。,非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间，约10-3秒,如果实际压缩一次所用时间大于10-3,如为1秒，就可以说是准静态过程。,非平衡态不能用一定的状态参量描述，因此，非准静态过程也就不能用状态图上的一条线来表示。,因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，故准静态过程可以用系统的状态图，如P-V图、P-T图，V-T图中一条曲线表示。,P-V图中：一个“点”表示一个平衡态；一条“曲线”表示一个准静态过程。,4.功、热量、内能,a.功（P103),体积功：热力学系统体积变化时对外界所作的功。,A0系统对外界做功；,A0,Q0,A0,Q吸热=A对外,Q放热=A外对系（代数和）,（代数和）,2.热机和制冷机,能流图,热机效率：,注：Q1,Q2为绝对值！,正循环：总吸热Q1，总放热Q2，做功A,制冷系数：,逆循环：（制冷机）,一台可逆机，正循环为热机，逆循环为制冷机。,例:常温1mol理想气体H2。求=?,解:,分析哪段吸热:,只有12吸热,例题：内燃机的循环之一奥托循环.内燃机利用液体或气体燃料,直接在气缸中燃烧,产生巨大的压强而作功.内燃机的种类很多,试说明活塞经过四个过程完成一个循环（如图)的四冲程汽油内燃机整个循环中各个分过程的特征,并计算这一循环的效率.,气缸开始吸入汽油蒸汽及助燃空气，此时压强约等于1.0105Pa,奥托循环的四个分过程如下：,解：,首先吸入燃料：,ea是个等压膨胀过程。,由于压缩较快，气缸散热较慢，可看作一绝热过程。,1、ab,活塞自右向左移动，将已吸入气缸内的混合气体加以压缩，使之体积减小，温度升高，压强增大。（外界做功）,绝热压缩过程,在上述高温压缩气体中，用电火花或其他方式引起燃烧爆炸，气体压强随之骤增，由于爆炸时间短促，活塞在这一瞬间移动的距离极小，这近似是个等体过程,2、bc,等体吸热（爆炸）过程,这一巨大的压强把活塞向右推动而作功，同时压强也随着气体的膨胀而降低，爆炸后的作功过程可看成一绝热过程。,3、cd,绝热膨胀（系统作功）,4、da,等体放热过程,开放排气口，使气体压强突然降为大气压，这过程近似于一个等体过程。,最后再由飞轮的惯性带动活塞，使之从右向左移动，排出废气，这是个等压过程。即由ae,气体主要在循环的等体过程bc中吸热（相当于在爆炸中产生的热），而在等体过程da中放热（相当于随废气而排出的热），设气体的摩尔数为，定体摩尔热容为CV,m,而在等体过程da中放出的热量为,所以这个循环的效率应为,在等体过程bc中，气体吸取的热量为,由ab和cd为绝热过程得：,式中r=V1/V2叫做压缩比。,3.7卡诺循环,只与两个恒温热源交换能量的无摩擦的准静态循环。,Q1（吸热）,Q2（放热）,热流图,PV图,ab等温膨胀,cd等温压缩,bc绝热膨胀,da绝热压缩,卡诺循环：两条等温线和两条绝热线组成。,由绝热过程,Q1（吸热）,Q2（放热）,由等温过程,得循环闭合条件：,同样的方法可求得卡诺制冷机的制冷系数为：,例图为一理想气体几种状态变化过程的p-V图，其中MT为等温线，MQ为绝热线，在AM,BM,CM三种准静态过程中：,BM,CM,解:（1）B,C在等温线TM下方，分别处在另外温度较低的两条等温线上，故温度升高。,（2）QM是绝热过程：,CM过程：,CM过程吸热。,CM,（系统对外作负功，绝对值小者数值大。）,例：如图，bca为理想气体绝热过程，b1a和b2a是任意过程，分析上述两过程中气体做功是正还是负，过程是吸热还是放热？,解：,把b1acb看做一部热机的正循环过程。,整个循环过程与外界的热交换等于系统对外所做的净功,b1a过程体积减小，故气体做负功。,acb为绝热过程，只有b1a过程与外界有热交换，所以b1a为吸热过程。,acb为绝热过程，只有b2a过程与外界有热交换，故Q0，所以b2a为放热过程。,把b2acb看做一部制冷机的逆循环过程,对全过程Q=A0,气体在b2a过程仍做负功。,例：一卡诺热机低温热源的温度为7.0，效率为40%，若要将其效率提高到50%，则高温热源温度需要提高几度？,则：,解：,由：,得：,3.29一暖气装置用热机带动致冷机，致冷机自河中吸热供给暖气中的水，同时暖气中的水又作为热机的冷却器，已知：热机的高温热库T1=210,暖气中的水T2=60，河水温