10-2 热力学第一定律在等值过程、循环过程中的应用.ppt

1、例：如图所示，一定量的理想气体经历ACB过程吸热700J，则经历ACBDA过程时吸热为多少？,第十三章热力学基础(2),NO.102,20111118,FundamentalsofThermodynamics,内容纲要,一、热力学第一定律在理想气体等值过程及绝热过程中的应用,（内能、体积功、热量）,二、循环过程（正循环热机）（逆循环致冷机）,三、用热力学第一定律分析几个典型热力学过程,1.等体过程,（1）过程方程:,（2）热力学第一定律分析：,常量,因内能是状态量，故该公式适用于T1T2间的任何热力学过程！,（isochoricprocess）,2.等压过程,（1）过程方程:,（2）热力学第一

2、定律分析：,常量,1,2,三、用热力学第一定律分析几个典型热力学过程,（isotonicprocess）,3.等温过程,（1）过程方程:,（2）热力学第一定律分析：,常量,1,2,三、用热力学第一定律分析几个典型热力学过程,（isothermalprocess）,（氧气的等体摩尔热容Cv,m=20.98J.mol-1.K-1）,.准静态绝热过程,三、用热力学第一定律分析几个典型热力学过程,4.绝热过程,（adiabaticprocess）,.非静态绝热过程,系统被绝热材料包裹，过程缓慢；,热力学过程非常迅速，系统来不及与外界进行显著热量交换（如内燃机内燃气的爆炸过程）,准静态绝热过程,(1)过

3、程方程:,(2)热力学第一定律分析：,三、用热力学第一定律分析几个典型热力学过程,4.绝热过程,A,（adiabaticprocess）,常量,常量,绝热膨胀，温度降低；,绝热压缩，温度升高；,常量,（理想气体绝热自由膨胀过程）,三、用热力学第一定律分析几个典型热力学过程,非静态绝热过程,无过程方程，但仍然遵循热力学第一定律。,压缩机,节流阀,例2设有5mol的氢气，最初温度，压强为，求下列过程中把氢气压缩为原体积的1/10需作的功:（1）等温过程（2）绝热过程.（3）经这两过程后，气体的压强各为多少？,四、循环过程,（cycleprocess）,1698年英国萨维利(Savery)和1705

4、年纽可门(Newcomen)先后发明了蒸汽机;,热机及其发展：,热机是能够不断把从外界吸收的热量转化为机械能的机器。,热学理论的建立和发展与热机的研究密切相关！,1765年瓦特进行了重大改进，大大提高了效率；,蒸汽机,四、循环过程,（cycleprocess）,热机及其发展：,1769年，法国人N.J.居诺发明蒸汽汽车；,1807年，美国R.富尔顿第一次成功地把蒸汽机装在船上，创造出蒸汽轮船。1811年英国也制成蒸汽轮船。,1829年英国G.斯蒂芬森试制成功的“火箭”号蒸汽机车，速度为58公里小时,到1804年,英国的棉纺织业已普遍采用蒸汽机作为生产动力。,四、循环过程,（cycleproce

5、ss）,热机及其发展：,1860年，内燃机问世（法国）；,1882年，汽轮机问世（瑞典）；,瓦特从开始改良蒸汽机到最后研制成复动式蒸汽机，前后花了30多年，仅在解决活塞与汽缸之间的漏气问题上，瓦特就反复试验了很长时间。,“蒸汽机的历史意义，无论怎样夸大也不为过。”全球通史作者L.S.斯塔夫里阿诺斯,科学家的成功之处：善于思考发现问题，富有耐心，不怕失败，愿意付出长期辛勤的劳动而乐此不彼。,问题：,1.热机的效率能否达到100吗？,2.如何最大限度地提高热机的效率？,随着气体膨胀，压强逐渐减小，当减至与外界压强相等时，就不能再对外作功；,要让气体不断膨胀，就必须做很长的气缸。,分析：,为了能够连

6、续不断地对外作功，必须让工作物质经过膨胀作功后回到初始状态，形成一个循环过程。,不现实！,等温膨胀过程,逆循环,1.循环过程（正循环、逆循环）,四、循环过程,（cycleprocess）,系统作净功：,正循环,经过一个循环过程，系统内能。,不变！,系统（如热机中的工作物质）经一系列变化后又回到初态的整个过程叫循环过程。,系统净吸热：,2.热机、致冷机,四、循环过程,热机（工作于正循环）,（cycleprocess）,致冷机（工作于逆循环）,热机的效率：,致冷机致冷系数：,四、循环过程,热机:蒸气机、内燃机、喷气机等,（cycleprocess）,四、循环过程,冰箱、冷气机、热泵、空调等,（cycleprocess）,空调,致冷机:,热机的效率不可能达到100！,答案：,第二类永动机（从单一热源吸取热量完全用来对外做功的热机）不能实现！,例3.1mol氦气理想气体（Cv,m=3R/2）的循环