第十一章-热力学基础3要点.ppt

UniversityPhysics,XianJiaotongUniversityAipingFangapfang9/8/2008,UniversityphysicsAPFang,理想气体：,1.定体摩尔热容,2.定压摩尔热容,内能,迈耶公式,在常温情况下，气体的近似为常量,比热容比,UniversityphysicsAPFang,典型过程：,等体过程，等压过程，等温过程，绝热过程,求解：功，热量，内能变化？,要求始末状态都是平衡态,也适用于非准静态过程,思考题：热容量的分析,五、多方过程,满足这一关系的过程称为多方过程,(n多方指数，),多方过程方程,根据多方过程方程，有,多方过程曲线,可见:n越大，曲线越陡。,小结,UniversityphysicsAPFang,多方过程中功的计算,多方过程中：,热量,内能增量,摩尔热容,系统放热时，温度升高，而系统吸热时温度降低,一般多方指数通常取,，已知压缩过程中消耗的功为,UniversityphysicsAPFang,例：一台空气压缩机，压缩前的温度为27,，压强P为，,气缸容积为,，压缩后温度,，过程是,多方的。求，压缩过程的多方指数？,解：气缸内空气的摩尔数为,根据多方过程公式,等温过程,绝热过程,等压过程,等体过程,多方过程包括前面讨论的四种典型过程。,得：,为213,(1)理想气体的内能是温度的单值函数，任何过程只要始末状态确定，内能变化相同，与过程无关。,(2)功和热量是过程量，讲某一状态的功、热量没有意义。,计算功时，由出发，根据过程特点找到p-V关系积分求解。,计算热量时，由出发，摩尔热容Cm是过程量，等体过程Cm=CV,m；等压过程Cm=Cp,m；绝热过程C=0；等温过程的热量按照Q=A计算。,总结,UniversityphysicsAPFang,解题思路与方法：,应用热力学第一定律处理实际问题时，注意以下几点：,(1)明确准静态过程的始末状态，根据题设条件及过程方程或状态方程，求出始末状态的状态参量p、V、T。,(2)应用热量功内能的定义式和热力学第一定律，求解待求量。特别注意，功与热量与过程有关，内能与过程无关。,(3)理想气体在等值过程及绝热过程中的有关公式经常用到，熟悉这些公式会给计算带来许多方便。,UniversityphysicsAPFang,UniversityphysicsAPFang,11-6热力学循环,一、循环过程,如果物质系统（热力学系统）的状态经历一系列的变化后，又回到了原状态，就称系统经历了一个循环过程。,历史上，热力学理论,研究热机（蒸汽机、内燃机）,以蒸汽机为例：,锅炉,吸收热量,冷凝器,气缸,水泵,放出热量,如果循环是准静态过程,2,1,系统（工质）对外所作的功：,净功,净热,二、正循环过程（热机循环）,1,2,Q1,Q2,a,b,循环沿顺时针方向进行,系统对外作净功,在每一正循环中，系统自高温热源吸收热量，不能全部转化为系统对外做功，一部分传递到低温热源而废弃。,Q2,Q1,系统吸收的净热,UniversityphysicsAPFang,UniversityphysicsAPFang,三、逆循环过程（致冷循环）,1,2,Q1,Q2,a,b,循环沿逆时针方向进行,外界对系统作正功,系统对外作负功,在每一逆循环中，系统在外界做功的条件下，把低温热源的热量转移到高温热源去，使低温热源温度降低。,Q2,Q1,致冷机工作原理,UniversityphysicsAPFang,例1：如图示。,为绝热线，,为等温线，,面积为30焦耳，,面积为70焦耳。,解：,正循环,逆循环,合并后，,总吸热为：,思考：判别热机和致冷机循环？,问题？,已知,求：总吸热？,UniversityphysicsAPFang,四、循环效率,热机效率在热机循环中，工质对外所作的功A与它吸收的热量Q1的比值,致冷系数一个循环中工质从冷库中吸取的热量Q2与外界对工质作所的功A的比值,例2：1mol单原子分子理想气体的循环过程如图示。,c,a,b,600,2,1,(1)作出pV图(2)此循环效率,求：,解：,(1)变换成pV图,T(K）,V（10-3m3）,O,UniversityphysicsAPFang,1,600,300,2,(2)ab是等温过程，有,bc等压过程，有,ca等体过程，有,循环过程中系统吸热,循环过程中系统放热,循环效率,a,b,c,UniversityphysicsAPFang,例3：mol理想气体经历的循环过程如图所示，求循环效率。,绝热压缩,等容吸热,绝热膨胀,等容放热,解：,23等容吸热，有,41等容放热，有,循环效率,12，34是绝热过程，有,奥托循环（Ottocycle）,压缩比,UniversityphysicsAPFang,例4：喷气发动机的循环近似如图所示，求循环效率，,绝热膨胀,等压放热,绝热压缩,等压吸热,解：,bc等压吸热，有,da等压放热，有,循环效率,应用绝热过程方程,已知,UniversityphysicsAPFang,例5：逆向斯特林致冷循环的热力学循环原理如图所示。该循环由四个过程组成，先把工质由初态A（V1，T1）等温压缩到B（V2，T1）状态，再等体降温到C（V2，T2）状态，然后经等温膨胀达到D（V1，T2）状态，最后经等体升温回到初状态A，完成一个循环。,该致冷循环的致冷系数。,解：,求：,在过程CD中，工质从冷库吸取热量为,在过程AB中，工质向外界放出热量为,整个循环中外界对工质所作的功为,致冷系数为,UniversityphysicsAPFang,五、卡诺循环（Carnotcycle）,卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成,为了提高热机效率，卡诺提出一个方案：,热机工作在两个热源之间，并无散热，漏气，摩擦等耗损因素等,1气体从高温热源吸收的热量,2气体向低温热源放出的热量,应用绝热过程方程，有,（2）和，热机效率就可以提高，指出了改善热机效率的根本途径。但实际中通常采用的方法是提高高温热源的温度T1。,UniversityphysicsAPFang,卡诺循环的热机效率,讨论,（1）卡诺循环的热机效率只与高温热源T1，低温热源,T2有关它需要两个热源。,例：现代热电厂的汽轮机,实际的热机效率是26。,（3）卡诺致冷机的致冷系数,UniversityphysicsAPFang,放热过程,吸热过程,由cb,ad的绝热过程方程，可得卡诺致冷循环的致冷系数,低温热源温度越低，致冷系数越小。,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。,要求,时，,这是不可能的,绝对零度不可能用有限过程达到的热力学第三定律,UniversityphysicsAPFang,等体过程,等压过程,几个值得注意的问题：,1物理模型的建立,例1：如图示，1mol单原子理想气体,求：,UniversityphysicsAPFang,2循环过程中摩尔热容不可能是常数,证明：采用反证法,在该循环过程中,对于任一元过程，有,在该循环过程中,与假设矛盾,Univer