第8章热力学第一定律2(循环修定)

在生产技术上，很多机器需要通过物质系统把热与功之间的转换持续不断地进行下去，这就需要利用循环过程来完成。一个系统从某个状态出发，经过一系列状态变化，又回到初始状态的整个过程称为循环过程，简称循环。8.5循环过程

各种热机利用热来做功，如蒸汽机、内燃机、汽轮机等。工质经过周而复始的循环过程持续不断地把热转换为功。循环工作的物质称为工作物质，简称工质。西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

1、概念：

若循环的每一阶段都是准静态过程，则此循环可用p-V图上的一条闭合曲线表示。沿反时针方向进行的循环称为逆（致冷）循环。沿顺时针方向进行的循环称为正(热)循环。循环POVMNabCAdPOVMNabCdA正(热)循环逆（致冷）循环西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

POVMNabCdA3、热力学第一定律总吸热（取绝对值）总放热2、循环过程的特点：任何热机都是按正循环进行工作的系统对外界所作的净功为

工质经一循环，内能不变。Q1Q2西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

4、热机及其效率POVMNabCdA热机效率热机（正循环）热机效率η永远是小于1的。Q1Q2西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

【例题】计算汽油机的效率。汽油机是内燃机的一种。内燃机是燃料在汽缸内燃烧，产生高温高压气体，推动活塞并输出动力的机械。1872年，德国工程师奥托（N.A.Otto，1832–1891）研制成功了第一台四冲程活塞式煤气内燃机。1883年，德国人戴姆勒（G.Daimler，1834–1900）成功地制造出了第一台汽油内燃机。奥托循环由吸气过程、压缩过程、膨胀做功过程和排气过程这四个冲程构成。

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ab：等压过程1、bc—绝热过程2、cd—等容过程3、de—绝热过程4、eb—等容过程奥托循环POP0V0VVabedcQ1Q2西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

单缸四冲程汽油机构造图西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

cd过程吸热为:eb过程放热为:所以，循环效率为:又过程de和bc有如下关系:图8–15奥托循环POP0V0VVabedcQ1Q2西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

解:r:压缩比西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

可见，奥托循环的效率决定于压缩比。8.6卡诺循环萨迪．卡诺

(N.L.S.Carnot,1796-1832)

由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程所组成。

1824年法国的年青工程师卡诺对热机的最大可能效率问题进行理论研究提出的一个理想循环—卡诺循环，它给出了热机效率的理论极限值。以理想气体为工作物质该循环：工质在两个恒定的高、低温热源之间工作。西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

Aabcd低温热源高温热源卡诺热机西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

a→b：等温膨胀，吸热；b→c：

绝热膨胀；c→d：等温压缩，放热；d→a：绝热压缩：Aabcd以上四式相加：西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

Aabcdc—d

等温压缩放热

d—a绝热过程b—c

绝热过程

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a—b等温膨胀吸热Aabcd西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

（1）要完成循环，必须有高温热源和低温热源。（3）卡诺热机的效率。讨论（2）卡诺循环的效率只与两个热源温度有关。而与工质性质无关。提高效率的途径是提高高温热源的温度或降低低温热源的温度。而通常后一种办法是不经济的。

（4）在相同高温热源和低温热源之间的工作的一切热机中，卡诺循环的效率最高。（5）由卡诺循环可以定义热力学温标。

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图中两卡诺循环吗？思考题西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

高温热源低温热源卡诺致冷机8.7致冷循环

工质把从低温热源吸收的热量Q2和外界对它所作的功A

以热量的形式传给高温热源Q1

。西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

——逆循环bcdaA卡诺致冷机POVMNabCAd致冷机致冷系数Q1Q2西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

(一)等温膨胀过程(d-c)吸热(三)等温压缩过程(b-a)放热(二)绝热压缩过程(c-b)(四)绝热膨胀过程（a-d）卡诺致冷机致冷系数：西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

家用电冰箱工作原理图A西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

【例题】一电冰箱在气温为40ºC的房间内工作，保持结冰室内的温度为–10℃，由于冰箱壁的绝热层不是理想的，结冰室每小时自房间内吸收热量3×105J，假设冷冻装置是卡诺致冷机，问冷冻机的电动机每小时消耗多少能量?解：西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

例已知2mol氦气先等压膨胀体积倍增，后绝热膨胀至原温度。1）画P—V图；pVABCo20402）在这过程中氦气吸热。3）

A-B-C过程氦气的内能变化4）A-B-C过程气体做的总功解：西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

【例题】如图所示，设有一摩尔的双原子分子理想气体作abca的循环过程（bc为绝热线），P0、V0均为已知。求：（1）气体在各过程中所传递的热量；（2）一循环中气体所作的净功；（3）循环效率。解(1):a—b，等体吸热西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

b—c绝热：c—a等压：（2）一循环中气体所作的净功：（3）循环效率：放热西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

Op123V解1):1—2

【例题】

1mol双原子分子理想气体经过如图的过程，其中1—2为直线过程、2—3为绝热过程、3—1为等温过程。已知T1,T2=2T1,V3=8V1.求：1）各过程的功、热量和内能变化；2）此循环热机效率。西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

2—33—1Op123V解:2）循环的效率：西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

【例题】如图所示，设有一摩尔的双原子分子理想气体作abca的循环过程（bc为等温线），P0，V0均为已知,求：（1）气体在各过程中所传递的热量；（2）一循环中气体所作的功；（3）循环效率。（Ln2=0.69）西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

【例题】如图所示，设有1mol双原子分子理想气体作abca的循环过程（ca为等温过程）。求：（1）气体在各个过程中所传递的热量；（2）一循环中气体对外界所作的净功；（3）循环效率。西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

1.准静态过程从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程。准静态过程在平衡态p–V图上可用一条曲线来表示2.准静态过程功的计算本章小结（功是过程量）西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

3.热量：

热量是高温物体向低温物体传递的能量.（热量也是过程量）摩尔热容：1mol理想气体温度升高1度所吸收的热量.（与具体的过程有关）迈耶公式比热容比：西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

理想气体内能变化与的关系5.热力学第一定律系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加，另一部分使系统对外界做功.Q=E2-E1+A对于无限小过程

dQ

=dE

+dA（注意：各物理量符号的规定）

4.理想气体的内能：理想气体不考虑分子间的相互作用，其内能只是分子的无规则运动能量的总和，是温度的单值函数.内能是状态量

E=E(T)西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

等体等压等温绝热过程过程特点过程方程热一律内能变化摩尔热容西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

6.循环:系统经过一系列状态变化后，又回到原来的状态的过程叫循环.循环可用p—V图上的一条闭合曲线表示.

热机效率

热机:顺时针方向进行的循环致冷系数

致冷机:逆时针方向进行的循环卡诺热机效率卡诺致冷机致冷系数

卡诺循环:

系统只和两个恒温热源进行热交换的准静态循环过程.西南大学大学基础物理学第八章热力学第一定律

微观粒子