大学物理-热力学基础教案

1系统经过一系列的变化之后又回到原来状态–––

这一过程称循环过程(简称循环)。§4循环过程和循环效率循环过程：特征：E=0Q=A1.正循环(热机)PV0abcdT1Q1T2泵|A|气缸Q222.热机效率A一次循环对外作的净功

T1

T2高温低温Q1AQ2热机循环效率在一正循环中,系统从高温热源吸热

Q1

向低温热源放热33.逆循环(致冷机)逆循环是利用外界做功从低温热源吸热，向高温热源放热的机器。这样的机器称致冷机，如冰箱。4.致冷系数A一次循环对系统作的净功Q2一次循环从低温

热源吸收的热量4A高温热源低温热源Q2Q1(冷冻室)(周围环境)散热器冷冻室蒸发器节流阀储液器压缩机200C10atm3atm700C100CQ2Q1氟利昂家用电冰箱循环示意图电冰箱的工作原理工质用较易液化的物资，如氨和氟里昂。氨气在压缩机内被急速压缩，使其压强增大，且温度升高。进入散热器（高温热源）后，由于向冷却水（或周围空气）放热而凝结为液态氨。液态氨经过节流阀的小孔通道后，降压降温并且部分汽化，再进入蒸发器。液态氨将从冷冻室（低温热源）中吸热，使冷冻室温度降低而自身全部蒸发为蒸汽。此氨蒸汽最后被吸入压气机进行下一个循环。基本物理原理：物体相变气态液态，放热液态气态，吸热5技术上的循环：奥托(Otto)循环0V0VVPabcde简化后VVPbdecV00a1.吸气

ab(等压),2.压缩

bc(绝热),3.爆燃作功cd爆燃(等容),de作功(绝热),4.

排气eb(等容),

ba(等压)。压缩比：6奥托循环7奥托循环8奥托循环9奥托循环10奥托循环11奥托循环12奥托循环13奥托循环14奥托循环15奥托循环16奥托循环17奥托循环18奥托循环19奥托循环20空气标准奥托循环理论上研究实际过程中的能量转化关系时，总是用一定质量的空气（理想气体）进行的准静态过程来代替实际的过程。(1)绝热压缩

ab,气体从(V1,T1)状态变化到(V2,T2)状态;(2)等容吸热(相当于点火爆燃过程)

bc,气体从(V2,T2)状态变化到(V2,T3)状态;(3)绝热膨胀(相当于气体膨胀对外作功过程)

cd,气体从(V2,T3)状态变化到(V1,T4)状态;(4)等容放热da,气体从(V1,T4)状态回到(V1,T1)状态。V1V2VPa(V1,T1)b(V2,T2)c(V2,T3)d(V1,T4)21空气标准奥托循环V1V2VPabcdQ1Q2(1)绝热压缩

ab,气体从(V1,T1)状态变化到(V2,T2)状态;(2)等容吸热(相当于点火爆燃过程)

bc,气体从(V2,T2)状态变化到(V2,T3)状态;(3)绝热膨胀(相当于气体膨胀对外作功过程)

cd,气体从(V2,T3)状态变化到(V1,T4)状态;(4)等容放热da,气体从(V1,T4)状态回到(V1,T1)状态。22理想气体等值过程和绝热过程有关公式或或23例：图示为理想气体所经历的循环过程。循环由两等温过程和两个等体过程所组成，设分子自由度i及P1、P2、P3、P4为已知，求循环效率。解：Q1Q2dQ=dA,dA0,dQ0dQ=dE,dE0,dQ0P4P3P2P1P0V24Q1Q2Q3Q4P4P3P2P1P0V25例：某理想气体作如图示的循环，ab，cd为绝热过程，bc为等压过程，

da为等容过程，试证此循环的效率为0PVadcb证：bc等压放热过程da为等体吸热过程Q2Q126

为了提高热机的效率，1824年法国青年工程师卡诺设计了一种理想的循环机器，而且从理论上可以证明是效率最高的一种热机。

17世纪末发明了巴本锅和蒸汽泵，18世纪末瓦特完善了蒸汽机(增加了冷凝器，发明了活塞阀、飞轮、离心节速器等使其成为真正的动力。

蒸汽机的改善：扩大容量(很多人做)；

年轻的法国炮兵军官卡诺探索如何用较少的燃料获得较多的动力，以提高效率和经济效益。

2.卡诺循环

(Carnotcycle)27

在英国，当瓦特蒸汽机掀起了第一次工业革命的风暴以后，科学家和技术人员对热机的研究达到了空前的狂热。但是，一般的热学家和力学家都比较重视应用技术的研究。加之象瓦特、戴维这样一些对热力学做过一些开拓工作的人大都是在自学道路上成长起来的，不太擅长于运用数学和物理学的数理抽象方法进行研究，因此，热力学的真正的理论基础建立者，并不是他们，而是兼有理论科学才能与实验科学才能的法国工程师萨迪·卡诺。卡诺

当时，法国的蒸汽机已增加到六十五台。这个数字虽然并不大，但这使卡诺有可能对蒸汽机进行深入的研究。卡诺发现，从外国进口的蒸汽机尤其是英国制造的蒸汽机在性能方面远远超过法国产的蒸汽机。

卡诺采用一种抽象的数理分析方法，着重探讨热能与机械能的转化。运用这种科学方法，卡诺提出了一种理想热机理论，并以这种理想热机理论为基础，设想出一种理想热机。28卡诺循环或者说，无摩擦情况下，由两个等温过程和两个绝热过程构成的循环.

在无摩擦情况下，一准静态循环过程中,若系统只和高温热源(温度T1),与低温热源(温度T2)交换热量,这样的循环称为卡诺循环。闭合条件:

1、4两点在同一绝热线上,

T1V1

－1=

T2V4－1

2、3两点在同一绝热线上,

T1V2

－1=

T2V3－1

两式相比有

V2/V1=V3/V4,此称闭合条件.29由两等温过程和两绝热过程组成。正向卡诺循环的效率推导指出了提高热机效率的途径。

在等温过程中，理想气体吸热全部用于对外作功。

或外界对气体作功全转换为气体放出的热。30现代“标准火力发电厂”：卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关。T2愈低或T1愈高，卡诺循环的效率愈大。工程上一般采取提高高温热源温度的方法。数据概念：31数据概念：

可见,低温热源的温度T2越低,则致冷系数卡越小,致冷越困难.一般致冷机卡:27.若T1=293K(室温),32两种表述是等价的。证明I：若开尔文表述不成立，那么克劳修斯表述也不成立。开尔文表述不成立，(有一循环

k)将功

A

带动一卡诺致冷机

C其复合机的总效果，违背了克劳修斯表述。反证法：Q1+Q2Q2c

T1

T2AkQ133

T1Q2Q2c

T2复合机Q1+Q2Q2c

T1

T2AkQ1