热机发展简介课件

1、热机发展简介课件热机发展简介课件系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程 .热力学第一定律净功:特征一、循环过程总放热Q2（取绝对值）总吸热Q1AB系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学热机 ：持续地将热量转变为功的机器 . 工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质 .热机 ：持续地将热量转变为功的机器 . 工作物冰箱循环示意图冰箱循环示意图热机二、热机效率 制冷机的制冷系数热机效率高温热源低温热源热机（正循环）AB热机二、热机效率 制冷机的制冷系数热机效率高温热源低温热制冷机制冷系数制冷机高温热源低温热源AB制冷机（逆循环）制

2、冷机制冷系数制冷机高温热源低温热源AB制冷机（逆循环）1423 例 1 1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其中 , 求12、23、34、41各过程中气体吸收的热量和效率?逆循环的制冷系数?解 由理想气体物态方程得1423 例 1 1 mol14231423三、卡诺循环 1824 年法国的年青工程师卡诺(28岁)提出，工作在两热源之间的理想循环卡诺循环. 给出了热机效率的理论极限值; 他还提出了著名的卡诺定理.萨迪.卡诺 1812年，卡诺考入巴黎理工学院，在那里受教于泊松、盖吕萨克、安培、阿拉果等一批卓有成就的老师。1819年，他考上了巴黎总参谋军团。后弃军继续搞研究！ 卡诺受父亲革命思想

3、的影响至深，以致使他不满时局而与时代格格不入！ 1832年6月，他患了猩红热，不久后转为脑炎，他的身体受了致命的打击。后来他又染上了流行性霍乱，于同年8月24日去世。卡诺去世时年仅36岁！其弟整理他的著作。 一颗新星就这样陨落了！ 三、卡诺循环 1824 年法国的 卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成 .低温热源高温热源卡诺热机WABCD 卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝WABCD1. 卡诺循环热机效率 A B 等温膨胀 B C 绝热膨胀 C D 等温压缩 D A 绝热压缩卡诺循环A B 等温膨胀吸热WABCD1. 卡诺循环热机效率 A B 等温膨胀卡C D 等温

4、压缩放热WABCD D A 绝热过程B C 绝热过程 C D 等温压缩放热WABCD D A 绝热过程B 卡诺热机效率WABCD结论：工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高 . 卡诺热机效率WABCD结论：工作物质无关，只与两个热源的温度WABCD高温热源低温热源卡诺制冷机2. 卡诺制冷机（卡诺逆循环）卡诺制冷机制冷系数WABCD高温热源低温热源卡诺制冷机2. 卡诺制冷机（卡诺逆（1）开尔文说法：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其他物体，或者说不使外界发生任何变化.(一)第二定律的提出（1）功热转换的条件第一定律

5、无法说明.（2）热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题第一定律无法说明. （二）热力学第二定律的两种表述 四、卡诺定理开尔文普朗克表述: 不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。 （1）开尔文说法：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使 等温膨胀过程是从单一热源吸热做功，而不放出热量给其它物体,但它非循环过程.12W W低温热源高温热源卡诺热机WABCD卡诺循环是循环过程,但需两个热源,且使外界发生变化. 等温膨胀过程是从单一热源吸热做功，而不放出热虽然卡诺制冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界做功且使环境发生变化.（2）克劳修斯说法：不可能把热量从低温物

6、体自动传到高温物体而不引起外界的变化 .高温热源低温热源卡诺制冷机WABCD虽然卡诺制冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界做功且注 意（1）热力学第二定律是大量实验和经验的总结.（4）热力学第二定律可有多种说法，每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性.（2）热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性.（3）第二类永动机不可能制成: 只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。注 意（1）热力学第二定律是大量实验和经验的总结.（4）热力 永 动 机 的 设 想 图第一类永动机不可能制成: 不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器. 因为违背能量守恒定律.

7、永 动 机 的 设 想 图第一类永动机不可能制成: 第二类永动机效率为100%,虽然它不违背能量守恒定律,但大量事实证明,在任何情况下,热机都不可能只有一个热源,热机要不断地把吸取的热量变成有用的功,就不可避免地将一部分热量传给低温物体,因此效率不会达到100%.第二类永动机违背了热力学第二定律.热力学第三定律：绝对零度(T=0K)不可达到.或者绝对零度时,所有纯物质的完美晶体的熵值为零. 热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，那么它们也必定处于热平衡.热力学第零定律是热力学三大定律的基础! 第二类永动机效率为100%,虽然它不违背能量守恒定律,但大量非自

8、发传热自发传热高温物体低温物体 热传导 热功转换完全功不完全热自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 .（三）热力学第二定律的实质非均匀、非平衡均匀、平衡自发非自发传热自发传热高温物体低温物体 热传导 热功转换完全(1) 在相同高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的可逆机都具有相同的效率 . （四）卡诺定理(2) 工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机的效率 .( 不可逆机 )（可逆机）(1) 在相同高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的可逆结论 ：可逆卡诺循环中, 热温比总和为零.热温比等温过程（膨胀和压缩）中吸收或放出的热量与热源温度之比

9、.可逆卡诺机一、熵(Entropy) 如何判断孤立系统中过程进行的方向？第四节 熵 熵增加原理结论 ：可逆卡诺循环中, 热温比总和为零.热温比等温过程（膨任一微小可逆卡诺循环对所有微小循环求和当时，则 任意的可逆循环可视为由许多可逆卡诺循环所组成 结论 : 对任一可逆循环过程, 热温比之和为零.任一微小可逆卡诺循环对所有微小循环求和当时，则 任意的可 在可逆过程中，系统从状态A改变到状态B , 其热温比的积分只决定于始末状态，而与过程无关, 是一态函数的增量，此态函数称熵. 二、熵是态函数 可逆过程 *ABCD可逆过程 在可逆过程中，系统从状态A改变到状态B , 其热温比的积无限小可逆过程 热

10、力学系统从初态 A 变化到末态 B ，系统熵的增量等于初态 A 和末态 B 之间任意一可逆过程热温比（ ）的积分.物理意义 熵的单位*ABCDE 可逆过程 无限小可逆过程 热力学系统从初态 A 变化到三、熵变的计算（1）熵是态函数，当始末两平衡态确定后，系统的熵变也是确定的, 与过程无关. 因此, 可在两平衡态之间假设任一可逆过程，从而可计算熵变.（2）当系统分为几个部分时，各部分的熵变之和等于系统的熵变. 可逆过程 三、熵变的计算（1）熵是态函数，当始末两平衡态确定后，系统的 【例题6-7 】将1kg 0 的冰融化成 0 的水，再到100 的水。求各过程的熵变(设冰的熔解热为3.35105

11、J kg-1 ) 。解: （1）设计一可逆等温过程求熵变：结论：孤立系统中不可逆过程的熵是增加的.（2）0水-100 水，设计无限个温差dT的过程 【例题6-7 】将1kg 0 的冰融化成 0 的水，再四、熵增加原理平衡态 A平衡态 B （熵不变）可逆过程非平衡态平衡态（熵增加） 不可逆过程自发过程 孤立系统不可逆过程孤立系统可逆过程孤立系统中的可逆过程，其熵不变；孤立系统中的不可逆过程，其熵要增加. 熵增原理应用：能判断自发过程进行的方向. 熵增加原理成立的条件: 孤立系统或绝热过程.四、熵增加原理平衡态 A平衡态 B （熵不变）可逆过程非平衡1、不可逆过程的统计性质一个被隔板分为A、B相等

12、两部分的容器，装有4个涂以不同颜色的分子。 开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。 隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如下图所示：五、热力学第二定律的统计意义、熵的微观本质1、不可逆过程的统计性质五、热力学第二定律的统计意义、熵的微 讨论 N个粒子在空间的分布的微观状态数可分辨的粒子集中在空间的概率P 讨论 N个粒子在空间的分布的微观状态数可分辨的粒粒子集中在左空间的概率粒子均匀分布的概率可分辨粒子总数 N = 4 N 1 2 4 NP0（左）各种分布的状态总数 第 种分布的可能状态数粒子集中在左空间的概率粒子均匀分布的概率可分辨粒子总数 N 若

13、有N个分子，则共2N种可能方式，而N个分子全部退回到A部的概率1/2N .理想气体系统, 若N=6.021023个，这些分子全部退回到A部的概率为 对单个分子或少量分子来说，它们扩散到B部的过程原则上是可逆的. 但对大量分子组成的宏观系统来说，它们向B部自由膨胀的宏观过程实际上是不可逆的.这就是宏观过程的不可逆性在微观上的统计解释. 不可逆过程的本质系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行的过程.若有N个分子，则共2N种可能方式，而N个分子全部退回到A部的2、热力学第二定律的统计表述：孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态过渡.从热力学概率小的状态

14、向热力学概率大的状态过渡.3、熵的微观本质熵是系统内分子热运动无序性的一种量度。孤立系统达到平衡态时，熵最大，分子运动最无序.2、热力学第二定律的统计表述：3、熵的微观本质4、熵与热力学概率的关系玻耳兹曼认为，熵S与热力学概率的关系为k是玻尔兹曼常数。4、熵与热力学概率的关系玻耳兹曼认为，熵S与热力学概率的关玻耳兹曼墓碑 为了纪念玻尔兹曼给予熵以统计解释的卓越贡献 ，他的墓碑上刻着：这表示人们对玻尔兹曼的深深怀念和尊敬.Ludwig Boltzmann（ 18441906年）玻耳兹曼墓碑 为了纪念玻尔兹曼给予熵以统计解释【例6-6 】试求1mol理想气体由初态（T1,V1）经某一过程到达终态（T2,V2）的熵变，假定气体的定体摩尔热容CV为恒量。解：（T1V1）（T2V1）可逆等体升温S1（T2V1）（T2V2）可逆等温膨胀S2方法一：AB【例6-6 】试求1mol理想气体由初态（T1,V1）经某一（T1V1）（T1V2）可逆等温膨胀S1（T1V2）（T2V2）可逆等体升温S