大学物理第三次课6-5,6,7.ppt

在两个温度恒定的热源 一个高温热源 一个低温热源 之间工作的准静态循环过程 工作物质与高温热源接触而吸热的过程是温度为T1的等温过程 工作物质与低温热源接触而放热的过程是温度为T2的等温过程 工作物质和两个热源分开时的过程是两个绝热过程 卡诺循环封闭曲线由两条等温线和两条绝热线组成 三 卡诺循环 讲选择题6 3 6 5如何判断过程吸热还是放热 1 卡诺热机 1 1 2等温膨胀 2 3 4等温压缩 对2 3 4 1过程应用绝热过程方程 则有 卡诺循环热机的效率为 2 理想气体卡诺循环热机效率只与T1 T2有关 温差越大 效率越高 提高热机高温热源的温度T1 降低低温热源的温度T2都可以提高热机的效率 但实际中通常采用的方法是提高热机高温热源的温度T1 讨论 卡诺循环热机的效率为 1 卡诺循环热机的效率与工作物质无关 P162 思考题6 7 解 绝热过程 等体升压过程吸热 等体降压放热 效率 代入效率公式得 致冷系数为 1 2 3 4绝热 有 2 卡诺致冷机 4 1吸热 卡诺致冷循环的致冷系数为 当高温热源的温度T1一定时 理想气体卡诺循环的致冷系数只取决于T2 T2越低 则致冷系数越小 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100 而夜间温度为 100 起居室温度要保持在20 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 每秒钟放入室内的热量为通过起居室墙壁导进的热量 即 解得 此种用可逆循环即是所谓的冷暖双制空调的原理 常用致冷机 冰箱 吸热 放热 高温 460C 高压气体 常温 370C 高压液体 电冰箱的喉管内 装有一种商业上称为氟利昂 freon 俗称雪种的致冷剂 常用的一种为二氟二氯甲烷 CCL2F2 是一种无色无臭无毒的气体 沸点为29 氟利昂在气体状态时 被压缩器加压 如图所示 加压后 经喉管流到电冰箱背部的冷凝器 借散热片散热 物质被压缩后 温度就会升高 后 冷凝而成液体 液体的氟里昂进入蒸发器的活门之后 由于脱离了压缩器的压力 就立即化为蒸汽 同时向电冰箱内的空气和食物等吸取汽化潜热 引致冰箱内部冷却 汽化后的氟里昂又被压缩器压回箱外的冷凝器散热 再变为液体 如此循环不息 把冰箱内的热能泵到箱外 电冰箱工作原理 无氟雪种 R600a 异丁烷 R134a 四氟乙烷 R152a 一 热力学第二定律 由热力学第一定律可知 热机效率不可能大于100 那么热机效率能否等于100 呢 地球 热机 Q1 A 若热机效率能达到100 则仅地球上的海水冷却1 所获得的功就相当于1014t煤燃烧后放出的热量 单热源热机 第二类永动机 是不可能的 热力学第二定律 1 热力学第二定律的开尔文表述 1 热力学第二定律开尔文表述的另一叙述形式 第二类永动机不可能制成 热功转化具有方向性 说明 2 热力学第二定律的开尔文表述实际上表明了 不可能从单一热源吸取热量 使之完全变为有用的功而不产生其它影响 1 热力学第二定律克劳修斯表述的另一叙述形式 理想制冷机不可能制成 热传导具有方向性 说明 2 热力学第二定律的克劳修斯表述实际上表明了 2 克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化 假如开尔文表述不成立 高温热源T1 低温热源T2 Q1 A Q2 Q1 Q2 则克劳修斯表述不成立 3 两种表述的等效性 假如克劳修斯表述不成立 Q2 A Q1 Q2 Q2 Q1 Q2 则开尔文表述不成立 说明热力学第二定律的两种表述是等价的 热力学第二定律说明了热力学过程具有方向性 并解决了方向性问题 它与第一定律一起构成了热力学的主要理论基础 用热力学第二定律证明 在p V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 6 7可逆与不可逆过程 若系统经历了一个过程 而过程的每一步都可沿相反的方向进行 同时不引起外界的任何变化 那么这个过程就称为可逆过程 一 可逆过程 如对于某一过程 用任何方法都不能使系统和外界恢复到原来状态 该过程就是不可逆过程 自发过程都是不可逆的 力学 无摩擦时 过程可逆 有摩擦时 不可逆 二 不可逆过程 真空 可逆 有气体 不可逆 功向热转化的过程是不可逆的 墨水在水中的扩散 一切自发过程都是单方向进行的不可逆过程 热量从高温自动传向低温物体的过程是不可逆的 自由膨胀的过程是不可逆的 一切与热现象有关的过程都是不可逆过程 一切实际过程都是不可逆过程 无摩擦的准静态过程 卡诺循环 力学中一些无摩擦的往复运动如单摆是可逆的 无摩擦的准静态过程是可逆过程 是理想过程 热力学第二定律的实质 就是揭示了自然界的一切自发过程都是