大学物理课件2

1、第第9章章 热力学基础热力学基础第第9章章 热力学基础热力学基础9-1 热力学系统热力学系统 平衡态平衡态 准静态过程准静态过程理想气体的状态方程理想气体的状态方程热力学第一定律热力学第一定律 内能内能 功功 热量热量9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环9-7 热力学第二定律和不可逆过程热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理卡诺定理第第9章章 热力学基础热力学基础热力学是热学的宏观理论热力学是热学的宏观理论它们遵循什么样它们遵循什么样的规律？的规律？热机、制冷机热机、制冷机是如何工作的？是如何工作

2、的？热学研究什么？热学研究什么？什么是热学的微观理论？什么是热学的微观理论？气体状态如何描述？气体状态如何描述？第第9章章 热力学基础热力学基础第9章 热力学基础 大量实验规律的总结大量实验规律的总结理论基础是热力学第一定律、热力学第二定律理论基础是热力学第一定律、热力学第二定律热力学热力学分子动理论分子动理论从现象中找规律从现象中找规律透过现象追本质透过现象追本质宏观规律宏观规律微观机制微观机制观察观察 记录记录 分析分析 总结总结建模建模 统计统计 理论理论 验证验证 在研究热现象时，将物体看作是由大在研究热现象时，将物体看作是由大量分子、原子所组成的系统，称这一系统量分子、原子所组成的系

3、统，称这一系统为为热力学系统热力学系统。力学体系的状态可以用一组力学体系的状态可以用一组来描述。来描述。rv、问题：问题：rv、来描写来描写热学体系的状态能否用一组热学体系的状态能否用一组？9-1 热力学系统 平衡态 准静态过程热学系统所包含分子数的数量级为热学系统所包含分子数的数量级为1023,的变化，这就是哲学上的的变化，这就是哲学上的从量变到质变从量变到质变。1023r 、v个牛顿方程，个牛顿方程，去描写就要解去描写就要解若用若用研究对象数量的增加必然引起物理规律研究对象数量的增加必然引起物理规律这是不可能的。这是不可能的。rv、来描写来描写热学体系的状态能否用一组热学体系的状态能否用一

4、组？热学规律从本质上不同于力学规律。热学规律从本质上不同于力学规律。热现象服从统计规律。热现象服从统计规律。9-19-1 热力学系统热力学系统 平衡态平衡态 准静态过程准静态过程第第9章章 热力学基础热力学基础9-1 热力学系统 平衡态 准静态过程状态参量状态参量 (status parameter)：描述气体宏观状态的描述气体宏观状态的物理量物理量1. 体积体积(volume) V ：m3(米米3 )9-19-1 热力学系统热力学系统 平衡态平衡态 准静态过程准静态过程第第9章章 热力学基础热力学基础 2. 压强压强(pressure) p ：垂直作用在容器壁单位面积上的垂直作用在容器壁单位

5、面积上的气体压力。气体压力。Pa (帕斯卡帕斯卡) Pa = Nm-2 1标准大气压标准大气压(atm) = 1.01325105Pa 1工程大气压工程大气压 = 9.80665104PaSFp 3. 温度温度(temperature) T ：t 冰点为冰点为 0T K 冰点为冰点为 273.15K绝对零度绝对零度：T = 0 K温标温标 温度的数值表示法。温度的数值表示法。水三相点水三相点( (气态、液态、固态的共存状态气态、液态、固态的共存状态) )273.16 K9-19-1 热力学系统热力学系统 平衡态平衡态 准静态过程准静态过程第第9章章 热力学基础热力学基础(thermal equ

6、ilibrium)两个物体互相热接触，两个物体互相热接触，经过一段时间后它们的宏观性质不再变化，即达到了热经过一段时间后它们的宏观性质不再变化，即达到了热平衡状态。平衡状态。(Zeroth law of thermodynamics)如如果两个系统分别与处于确定状态下的第三个系统达到热果两个系统分别与处于确定状态下的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也必处于热平衡。平衡，则这两个系统彼此也必处于热平衡。4. 热力学第零定律热力学第零定律测温原理测温原理9-19-1 热力学系统热力学系统 平衡态平衡态 准静态过程准静态过程第第9章章 热力学基础热力学基础 平衡态平衡态(equilibrium

7、 status)：在不受外界影响（即系在不受外界影响（即系统与外界没有物质和能量的交换）的条件下，无论初统与外界没有物质和能量的交换）的条件下，无论初始状态如何，系统的宏观性质在经充分长时间后不再始状态如何，系统的宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态。发生变化的状态。热动平衡热动平衡9-19-1 热力学系统热力学系统 平衡态平衡态 准静态过程准静态过程第第9章章 热力学基础热力学基础 1. 热力学过程热力学过程 (thermodynamic process)：热力学系热力学系统的状态随时间发生变化的过程。统的状态随时间发生变化的过程。 2. 准静态过程准静态过程(approximate

8、static process)：状态变化过程状态变化过程进行得非常缓慢，以至于过程进行得非常缓慢，以至于过程中的每一个中间状态都近似于中的每一个中间状态都近似于平衡态。平衡态。慢慢 ?!理想过程！理想过程！(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVO 准静态过程的过程曲线可以准静态过程的过程曲线可以用用p-V图来描述，图上的每一点图来描述，图上的每一点分别表示系统的一个平衡态。分别表示系统的一个平衡态。第第9章章 热力学基础热力学基础9-2 理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程0),(TVpf恒量恒量222111TVpTVp(质量不变质量不变)(,000标

9、准状态标准状态TVpTVpPa101.0132550pK273.150T33molm104 .22VmolVMmV 000000TVpMmTVpTpVmol气体的总质量气体的总质量气体的摩尔质量气体的摩尔质量第第9章章 热力学基础热力学基础9-2 理想气体的状态方程理想气体的状态方程(status equation of idea gas)RTMmpV)KmolJ (.11mol31800TVpR00000TVpMmTVpTpVmol代入：热力学第一定律热力学第一定律 内能内能 功功 热量热量第第9章章 热力学基础热力学基础(First law of thermodynamics)热力学第一定

10、律 内能 功 热量本质本质：包括热现象在内的能量守恒和转换定律包括热现象在内的能量守恒和转换定律。WEEQ)(12 Q 表示系统吸收的热量，表示系统吸收的热量，W 表示系统所作的功，表示系统所作的功， E 表示系统内能的增量。表示系统内能的增量。热力学第一定律微分式：热力学第一定律微分式：WEQddd？微小过程微小过程热力学第一定律热力学第一定律 内能内能 功功 热量热量第第9章章 热力学基础热力学基础 内能：内能：热力学系统的能量，它包括了分子热运动的热力学系统的能量，它包括了分子热运动的平平动、转动、振动能量、化学能、原子能、核能动、转动、振动能量、化学能、原子能、核能. 和分子和分子间相

11、互作用的势能。间相互作用的势能。(不包括系统整体运动的机械能不包括系统整体运动的机械能),(TVEE 理想气体的内能：理想气体的内能：理想气体的内能是温度的单值函理想气体的内能是温度的单值函数，它是一个状态量。数，它是一个状态量。)(TEE (internal energy) 内能变化内能变化只与初末状态有关，与所经过的过程无只与初末状态有关，与所经过的过程无关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。内能变化方式内能变化方式做功做功热传递热传递RTiMmE2 分子的自由度分子的自由度i热力学第一定律热力学第一定律 内能内能 功功 热量热量第第9

12、章章 热力学基础热力学基础1. 功功 (work) WVplpSWddd21dVVVpW(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVOdlV1V2dlSFVdVp, 结论：结论：系统所做的功在数值上等于系统所做的功在数值上等于p-V p-V 图上过程曲线图上过程曲线以下的以下的面积面积。热力学第一定律热力学第一定律 内能内能 功功 热量热量第第9章章 热力学基础热力学基础2. 热量热量(heat) Q: 系统之间由于热相互作用而传递的能系统之间由于热相互作用而传递的能量量。焦耳用于测定热功当量的焦耳用于测定热功当量的实验装置实验装置功和热量都是过程功和热量都是过程量，而内能是状态量，通量，而内

13、能是状态量，通过做功或传递热量的过程过做功或传递热量的过程使系统的状态（内能）发使系统的状态（内能）发生变化。生变化。 热功当量：热功当量：1卡卡 = 4.186 焦耳焦耳热力学第一定律热力学第一定律 内能内能 功功 热量热量第第9章章 热力学基础热力学基础改变热力学系统内能的途径之一改变热力学系统内能的途径之一是是作功作功W改变热力学系统内能的途径之二是传递改变热力学系统内能的途径之二是传递热量热量Q功与热的等效性功与热的等效性热力学第一定律热力学第一定律 内能内能 功功 热量热量第第9章章 热力学基础热力学基础 热容量热容量(thermal capacity)：物体温度升高一度所需要物体温

14、度升高一度所需要吸收的热量吸收的热量。TQCdd比热比热(specific heat)：单位质量物质热容量单位质量物质热容量。TQmcdd111kgKJ单位：单位：单位：单位：1KJ摩尔热容摩尔热容(Molar specific heat)：1摩尔物质的热容量摩尔物质的热容量。TQCiddi 表示不同的过程表示不同的过程)(12TTCMmQii9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础Q 9-4 热力学第一定律的应用(process at constant volume)等体过程等体过程: : 气体在状态变化过程中体积保持不变。气体在状态变化过程中

15、体积保持不变。pVV0OV= 恒量恒量 ， dV= 00ddVpAWEQdddVplpSWddd9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础等体过程的热力学第一定律等体过程的热力学第一定律: :EQVdd12EEQV吸收热量：吸收热量：)(12m,TTCMmQVV系统内能增量：系统内能增量：)(12m,TTCMmEVWEQddd热力学第一定律热力学第一定律: :9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础 定压摩尔热容：定压摩尔热容： 1mol理想气体在压强不变的状态下，理想气体在压强不变的状态下，温度升高

16、一度所需要吸收的热量。温度升高一度所需要吸收的热量。ppTQCddmolm,)(12m,TTCMmQpp吸收热量吸收热量)(12m,TTCMmEV)()(1212TTRMmVVpW内能增量内能增量系统对外做功系统对外做功RCCmVmp,21dVVVpW)()(1212,TTRMmTTCMmQmVp迈耶公式：迈耶公式：热力学第一定律热力学第一定律 内能内能 功功 热量热量第第9章章 热力学基础热力学基础)(12m,TTCMmQVV吸收热量吸收热量)(12m,TTCMmEVEQVdd内能增量内能增量系统对外做功系统对外做功=0TRiMmdE2RTiMmE2RiCmV2,结论：结论：在等体过程中，系

17、统吸收的热量完全用来增加自在等体过程中，系统吸收的热量完全用来增加自身的内能。身的内能。定体摩尔热容：定体摩尔热容： 1mol理想气体在体积不变的状态理想气体在体积不变的状态 下，温度升高一度所需要吸收的热量。下，温度升高一度所需要吸收的热量。9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础等压过程等压过程: :气体在状态变化过程中压强保持不变。气体在状态变化过程中压强保持不变。p= 恒量恒量 ， dp= 0VpEQpddd)(12VVpEQpQ(process at constant pressure)pVV1V2pO9-4 9-4 热力学第一定律的应

18、用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础)(12m,TTCMmQpp等压过程系统的吸热：等压过程系统的吸热：等压过程系统内能的增量：等压过程系统内能的增量：等压过程系统作功：等压过程系统作功：)(12m,TTCMmEV)()(1212TTRMmVVpW热力学第一定律热力学第一定律 内能内能 功功 热量热量第第9章章 热力学基础热力学基础迈耶公式：迈耶公式：RCCVpm,m,摩尔热容比：摩尔热容比：m,m,VpCC与定压过程多与定压过程多吸收的热有关吸收的热有关RiCV2实验证明：实验证明： CV,mCp,m单原子单原子He, Ar35/3=1.63R/25R/2双原子双原子H2,

19、O257/5=1.45R/27R/2多原子多原子H2O,CO264/3=1.33R4Ri9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础等温过程等温过程: :气体在状态变化过程中温度保持不变。气体在状态变化过程中温度保持不变。T = 恒量，恒量，dE =0等温过程的热力学第一定律等温过程的热力学第一定律: :Q = AAQTdd(process at constant temperature)QpV1V2VO9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础等温过程系统内能的增量：等温过程系统内能的增量：等温过程系统

20、作功和吸热：等温过程系统作功和吸热：0E21dVVVpWVRTMmp 2112lnlnd21ppRTMmVVRTMmVVRTMmWVV2112lnlnppRTMmVVRTMmWQ9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础 将将500J的热量传给标准状态下的的热量传给标准状态下的2mol氢。氢。 (1) V不变，热量如何转化？氢的温度为多少？不变，热量如何转化？氢的温度为多少？(2) T不变，热量不变，热量如何转化如何转化？氢的？氢的p、V各为多少？各为多少？(3) p不变，热量不变，热量如何转化如何转化？氢的？氢的T、V各为多少？各为多少？解：解：

21、(1) V不变不变， Q = E，热量转变为内能热量转变为内能)(25)(00m,TTRTTCMmQEVV285K273(K)8.31255002520TRQTV9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础ppRTMmWQ0lnppRTQ0lnPa100.907Pae101.013e52738.31250050nRTQpp323535m104.98m100.9121044.8101.013pVpV00(2) T不变不变， Q = W，热量转变为功热量转变为功9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础(3)

22、 p不变，不变， Q = W+ E，热量转变为功热量转变为功和内能和内能)(272)(00m,TTRTTCMmQpp281.6K273K8.31750007TRQTp3330.046mm273281.61044.800TTVV9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础质量为质量为2.8 10-3kg、压强为、压强为1.013105Pa、温、温度为度为27的氮气的氮气, 先在体积不变的情况下使其压强增至先在体积不变的情况下使其压强增至3.039105Pa, 再经等温膨胀使压强降至再经等温膨胀使压强降至1.013105Pa , 然后又在等压过程中将体积

23、压缩一半。试求氮气在全部然后又在等压过程中将体积压缩一半。试求氮气在全部过程中的内能变化，所作的功以及吸收的热量，并画出过程中的内能变化，所作的功以及吸收的热量，并画出p-V图。图。解：解：V3V4132V1Pa10013. 1K300511pT33111m10462.MpmRTVPam3523210039. 31046. 2pVK9001122TppTV/m3p/(1.013105Pa)O9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础333223m1038. 7pVpVK4503344TVVTPa10013. 1,K900533pT3334534m1

24、069. 32,Pa10013. 1VVppV3V4132V1V/m3p/(1.013105Pa)O9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础等体过程：等体过程：J1248)(251211TTRMmEQ01W等温过程：等温过程：J823ln23222VVRTMmWQ02EV3V4132V1V/m3p/(1.013105Pa)O9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础等压过程：等压过程：J936)(25J374)(3433433TTRMmEVVpWJ1310333EWQJ449321WWWAJ76132

25、1QQQQJ312WQEV3V4132V1V/m3p/(1.013105Pa)O9-4 9-4 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用第第9章章 热力学基础热力学基础作业 9-3，9-7，9-89-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础 绝热过程绝热过程: :气体在状态变化过程中系统和外界没有热气体在状态变化过程中系统和外界没有热量的交换。量的交换。绝热过程的热力学第一定律绝热过程的热力学第一定律: :EWdd00dQ9-5 理想气体的绝热过程V1V2pVO9-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础)(!2m

26、,TTCMmWV绝热过程的功：绝热过程的功：)(!2m,TTCMmEV绝热过程内能增量：绝热过程内能增量：绝热方程：绝热方程：31211CTpCTVCpV9-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础绝热方程的推导：绝热方程的推导：EWddTCMmVpVddm,由理想气体的状态方程：由理想气体的状态方程：RTMmpV 两边微分：两边微分：TRMmpVVpdddTMmCVpVddm,9-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础m,dddVCVRppVVpm,m,m,d)(VVpCVpCCVpCCpVVpCmpVVd)(

27、)dd(,m,m,0ddm,m,VpCpVCpVm,m,VpCC0ddVVpp9-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础两边积分：两边积分：CVplnlnCpVln1CpVRTMmpV 消去消去p：21CTV31CTp消去消去V：9-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础绝热方程：绝热方程：1CpV0dd1VpVpV0ddVppV化简：化简：AAVpVpdd等温方程：等温方程：2CpV 0ddVppVAAVpVpdd结论：结论：绝热线在绝热线在A点的斜率大于等温线在点的斜率大于等温线在A点的斜率点的斜率。pVA

28、绝热绝热等温等温O9-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础绝热自由膨胀绝热自由膨胀pVTEAQ0000 手放在压力锅上方，手放在压力锅上方，为什么不会烫手？为什么不会烫手？9-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础pVO00dnp等等压压过过程程：0nTRMmpVVpdddAEQdddVpTCMTCMVndddm,常常量量npV0m,m,：为多方指数，取值范围为多方指数，取值范围其中其中VnpnCCCCnnV0d:等等体体过过程程n10dnT等等温温过过程程：1nnQ0绝绝热热过过程程：n9-5 9-5 理想

29、气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础1d221121nVpVpVpWVV内能增量：内能增量：)(2)(1212m,TTRiMmTTCMmEV由热力学第一定律：由热力学第一定律： nVpVpTCMmWEQV11122m,TnRCMmTRMmnTCMmVV)1(11m,m,9-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础设多方过程的摩尔热容为设多方过程的摩尔热容为 CnTCMmQnnm,多方过程吸热：多方过程吸热：比较可得：比较可得：nRCCVn1m,m,RCCVpm,m,iiCCVp2m,m,由由和和多方过程的摩尔热容：多方过程的摩

30、尔热容：m,m,1VnCnnC9-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础有有810-3kg氧气，体积为氧气，体积为0.4110-3m3 ，温，温度为度为27。如氧气作绝热膨胀，膨胀后的体积为。如氧气作绝热膨胀，膨胀后的体积为4.110-3m3 ，问气体作多少功？如作等温膨胀，膨，问气体作多少功？如作等温膨胀，膨胀后的体积也为胀后的体积也为4.110-3m3 ，问气体作多少功？，问气体作多少功？122111VTVT解：解：绝热方程绝热方程K119K10130014 . 112112VVTTJ941)(21m,TTCMmWVQJ1435ln121VVRTM

31、mWT9-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础热力学基本计算公式热力学基本计算公式9-5 9-5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程第第9章章 热力学基础热力学基础热力学过程中吸放热的判断热力学过程中吸放热的判断9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础9-6 循环过程和卡诺循环循环过程：循环过程： 系统经历一系列的变化过程又回到初系统经历一系列的变化过程又回到初始状态的过程。始状态的过程。循环特征：循环特征：经历一个循环过程经历一个循环过程后，内能不变。后，内能不变。0E9-6 9-6 循环过程和卡诺循环

32、循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础BAbapBVBpAVAAaB为膨胀过程：为膨胀过程：WaBbA为压缩过程：为压缩过程：- Wb净功：净功：baWWW结论：结论：在任何一个循环过程中，系统所作的净功在任何一个循环过程中，系统所作的净功在数值上等于在数值上等于 p -V 图上循环曲线所包围的面积。图上循环曲线所包围的面积。气体做功：气体做功：pOV9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础循环过程的分类：循环过程的分类：正循环：正循环：在在p-V图上循环过程按顺时针进行图上循环过程按顺时针进行逆循环：逆循环：在在p-V图上循环过程按逆时

33、针进行图上循环过程按逆时针进行热机：热机：工作物质作正循环的机器工作物质作正循环的机器制冷机：制冷机：工作物质作逆循环的机器工作物质作逆循环的机器设：系统吸热设：系统吸热Q1，系统放热，系统放热Q2。循环过程的热力学第一定律：循环过程的热力学第一定律：WQQ21?9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础WQQ放放吸吸吸吸放放吸吸QQQW1A 在一次循环过程中，在一次循环过程中，工作物质对外作的净功工作物质对外作的净功与它从高温热源吸收的与它从高温热源吸收的总热量之比。总热量之比。热机效率热机效率热机效率热机效率9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过

34、程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础 1824年，法国青年科学年，法国青年科学家卡诺（家卡诺（1796 -1832）提）提出一种理想热机，工作物出一种理想热机，工作物质只与两个恒定热源（一质只与两个恒定热源（一个高温热源，一个低温热个高温热源，一个低温热源）交换热量。整个循环源）交换热量。整个循环过程是由两个绝热过程和过程是由两个绝热过程和两个等温过程构成，这样两个等温过程构成，这样的循环过程称为的循环过程称为卡诺循环卡诺循环。9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础理想气体准静态理想气体准静态卡诺循环卡诺循环Q1Q2BC 和和 DA 过程：

35、过程：0Q两个两个等温等温过程过程 和和 两个两个绝热绝热过程组成过程组成V3V1VpDABCV2V4T1T2OAB过程：过程：CD过程过程：1211QQQWAB11lnVVRTMmQ DC22lnVVRTMmQ 9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础121432lnln1VVTVVT132121VTVT142111VTVT4312VVVV卡诺循环效率：卡诺循环效率：121TT结论：结论：卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定。卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定。9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础一

36、卡诺循环，热源温度为一卡诺循环，热源温度为100 oC，冷却器温度，冷却器温度为为0 oC。如维持冷却器温度不变，提高热源温度，使循。如维持冷却器温度不变，提高热源温度，使循环环2的净功率增加为原来的的净功率增加为原来的2倍。设此倍。设此2循环工作于相同循环工作于相同的两绝热线之间，工作物质为理想气体。试求：的两绝热线之间，工作物质为理想气体。试求： (1) 此热源的温度增为多少？此热源的温度增为多少？ (2) 这时效率为多大？这时效率为多大？101111111TTQWWQW放放吸吸解：解：(1)011111TTTWQ放放Vp T1ABCD D C OT0T210101WTTTQ放放9-6 9

37、-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础202222221TTQWWQW放吸同理：同理：20202WTTTQ放放12212,WWQQ放放放放由题意：由题意：10102020WTTTWTTTK473K273K37322012TTT%3 .4247327312021TT(2)9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础一定量理想气体经历了某一循环过程，其中一定量理想气体经历了某一循环过程，其中AB和和CD是等压过程，是等压过程，BC和和DA是绝热过程。已知是绝热过程。已知B点点和和C点的状态温度分别为点的状态温度分别为TB和

38、和TC ，求此循环效率。，求此循环效率。解：解：121QQ)(m,1ABpTTCMmQ)(m,2DCpTTCMmQCDABp1p2pVO9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础ABDCTTTTQQ1112BBAATVTVCCDDTVTV11DDAAVTVT11CCBBVTVTCBADTTTT ABCBACTTTTTT1BCTT1CDABp1p2pVO不是卡诺循环9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础计算奥托机的循环效率。计算奥托机的循环效率。c d, eb为等容过为等容过程；程；bc，de为绝热过程。为绝

39、热过程。解：解：)(m,1cdVTTCMmQ)(m,2beVTTCMmQ吸热吸热放热放热cdbeTTTTQQ1112V0VpVacdebO9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础101VTVTde101VTVTcb101VTTVTTcdbe)()(10VVTTTTcdbe1011VV111rV0VpVacdebO9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础制冷过程：制冷过程：外界作功外界作功W，系，系统吸热统吸热Q吸吸，放热，放热Q放放。吸吸放放QQW制冷系数：制冷系数：吸吸放放吸吸吸吸QQQWQAA制冷系数制

40、冷系数9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础卡诺制冷机：卡诺制冷机：卡诺制冷系数：卡诺制冷系数：低低高高低低吸吸放放吸吸TTTQQQ9-6 9-6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础 3.2 10 -2 kg氧气作氧气作ABCD循环过程。循环过程。AB和和C D都为等温过程，设都为等温过程，设T1=300K，T2=200K，V2 =2V1。求循环效率。求循环效率。解：解：吸热吸热放热放热121lnVVRTMmWQABAB)(2512TTRMmEQBCBCDABCT1=300KT2=200KV2V1VpO9-6 9-

41、6 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环第第9章章 热力学基础热力学基础吸热吸热放热放热)(25lnlnln211212121211TTVVTVVTVVTQQWWQWDAABCDAB0.15200)2.5(300300ln2)21200ln(300ln2%15212lnVVRTMmWQCDCDDADAEQ)(2521TTRMm9-79-7热力学第二定律和不可逆过程热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理卡诺定理第第9章章 热力学基础热力学基础一、自然过程的方向性一、自然过程的方向性 设在某一过程设在某一过程 P 中，系统从状态中，系统从状态 A 变化到状态变化到状态B 。如果能使系统进行逆向变化，从状态如果能使系统进行逆向变化，从状态 B 回复到初状态回复到初状态 A ，而且在回复到初态，而且在回复到初态 A 时，周围的一切也都时，周围的一切也都各自恢各自恢复原状复原状，过程，过程P就称为就称为可逆过程可逆过程。9-7 热力学第二定律和不可逆过程热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理卡诺定理9-79-7热力学第二定律和不可逆过程热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理卡诺定理第第9章章 热力学基础热力学基础 如果系统不能回复到原状态如果系统不能回复到原状态A，或者或者虽能回复到初虽能回复到初态态A，但周围一切不能恢复原状，那么过程，但周围一切不能恢复原状，