大学物理-26第二十六讲绝热过程、多方过程、循环过程、卡诺循环

1,15-6 绝热过程、多方过程,一、绝热过程,系统和外界不发生热交换，只通过做功的方式与外界交换能量的过程。,特点：,实现方法：采用绝热壁；气体迅速膨胀。,1.理想气体准静态绝热过程,理想气体的绝热功是靠消耗其内能来完成的。,2,2.理想气体的绝热过程方程,绝热过程,状态方程,绝热过程方程,两式消去 得,3, 三种不同形式的绝热过程方程,泊松公式,气体膨胀时，,温度降低；,气体压缩时，,温度升高。,讨论,原因：绝热功是靠消耗内能来完成。,4,绝热线比等温线陡,绝热过程：,等温过程：,3.绝热线与等温线的比较,原因等温膨胀靠吸热作功，内能不减少；绝热膨胀靠消耗内能作功，系统温度下降，故斜率大于等温线斜率。,5,例：理想气体的绝热自由膨胀开始时右半为真空，让气体迅速膨胀（自由膨胀），求末态。,解：这是非准静态过程，但仍服从第一定律。,绝热过程： Q = 0,自由膨胀： A = 0,初态：,末态：,这是非准静态过程，仅在初、末两态才能用状态方程： ，而在整个过程中该方程不适用。,6,特点：一般过程（摩尔热容用Cn表示）,第一定律,二、多方过程,状态方程,7,令：,（多方指数）,多方过程方程,8,讨论：,1. n为任意值多方过程,证明,等压过程,等温过程,绝热过程,等容过程,等容,9,15-7 循环过程、卡诺循环,热力学理论的发展与热机的研制和使用密切相关。热机就是不断把热量转换为机械功的装置。热机中用于吸热做功的物质叫工作物质。,一、循环过程,物质系统经历一系列状态变化又回到初始状态的周而复始的变化过程。,在 p V 图上，准静态循环过程为一闭合曲线。,10,在一个正循环中，热机对外做的静功 A，等于闭合曲线所围面积。,正循环顺时针的循环;逆循环逆时针的循环.,正循环中的功、热转换,高温热源T1,低温热源T2,热机,A,循环结果：,11,在循环过程中，热机对外做的静功与吸收的热量之比。,一般情况，不同的工作物质具有不同的效率。,效率反映一个循环中吸收的热量有多少转化为有用的功。,热机效率,注意：公式中Q2取绝对值（正值）。,12,1828年由法国青年工程师卡诺提出。目的：研究如何提高热机效率。,a (p1V1T1),b (p2V2T1),c (p3V3T2),d (p4V4T2),二、卡诺循环,卡诺循环在循环过程中工作物质只与两个恒温热源交换热量。,由两个等温过程和两个绝热过程构成。,是一种理想循环，体现了热机循环的最基本特征。,13,（设以理想气体为工作物质）,等温膨胀,系统从高温热源吸热 Q1,卡诺循环分析,绝热膨胀,等温压缩,系统向低温热源放热 Q2,绝热压缩,Q2取绝对值,14,卡诺循环热机效率,绝热方程,15,2. 卡诺机的效率指出了提高热机效率的方向提高高、低温热源的温度差；（实际上是提高高温热源的温度）,1. 以理想气体为工作物质的卡诺机的效率只由高、低温热源的温度决定，而与具体的气体（工作物质）和循环面积大小无关。,讨论,16,工作物质把从低温热源吸取的热量连同外界对它做的功一并以热量的方式传给高温热源。,三、逆循环(致冷循环)、致冷机,工作原理：逆循环过程。通过外界做功(A)，系统从低温热源吸热(Q2) ，再向高温热源放热(Q1),从而使低温物体温度不断降低。,性能判定：做功越少而提取的热量越多，致冷性能越好。,17, 致冷机希望做最少功来提取最多热量。,做单位数量的功所能从低温热源提取的热量。,理想气体的卡诺致冷循环：,致冷系数：, 越大，致冷性能越好。,18,注意：,下两式对任何过程适用：,而下两式只适用于卡诺循环：,19,解：,例：一个以氧气为工作物质的循环由等温、等压、等容三个过程组成，求其效率。设：,a b，等温吸热。,20,b c，等压过程。,向外放热,b a，等容过程。,全过程：,放热,热机效率,吸热,21,例：热机总装机容量为1.80GW，效率为30%。求:全部运行时，1.热机从锅炉中吸收的热量；2.用10C的海水冷却冷凝器，排水温度为20C，求每秒需要多少吨海水。(设海水比热 c = 4.18kJ/kgK)。,解：,每秒所需海水质量,吸热,放热,22,例：卡诺制冷机使1kg 0C 的水变成了0C的冰，