《新工科大学物理》课件第8章 热力学基础3

一、等体过程（又叫等容过程）1.特征体积不变

2.过程方程在等体过程中，理想气体的体积保持不变。8.4热力学第一定律的应用为常量3.过程曲线平行于p

轴的等体线。pVOVp2p14.W，Q，的表示由热力学第一定律：吸热等体内能增量:等体过程中，系统对外不作功，吸收的热量全用于增加内能。2.过程方程二、等压过程1.特征在等压过程中,理想气体的压强保持不变。压强不变3.过程曲线平行于V

轴的等压线。VOppV1V2VOppV1V2A4.W，Q，的表示三、等温过程1.特征温度不变2.过程方程V1V2p1p2pVOT在P—V

图上,每一个等温过程对应一条双曲线,称为等温线。3.过程曲线pdVV1V2p1p2pVOT4.W，Q，的表示等温过程中系统吸收的热量全部用来对外作功。在绝热过程中，理想气体与外界无热量传递。1.特征Q=0绝热的汽缸壁和活塞内能增量气体做功由热力学第一定律得2.过程方程四、绝热过程由两边取微分,得给(1)式两边乘以R加(2)式两边乘以CV得由得到两边积分，得由得即由得即绝热过程方程(泊松公式)3.过程曲线在P—V

图上，每一个绝热过程对应一条双曲线，称为绝热线。V1V2p1p2PVO4.Q，的表示Q=05.功的表示由第一种表示方法得第二种表示方法：用功的定义计算6.绝热线和等温线的区别绝热过程曲线在A点的斜率A—等温线—绝热线

在绝热线和等温线的交点处，绝热线斜率和等温线斜率的比值为γ。因为

γ>1，故绝热线比等温线陡。等温过程曲线在A点的斜率A—等温线—绝热线例1有3.2g氧气储于有活塞的圆筒内，初态P1=1.0atm，Vl=1.0L。气体首先在等压下加热，使体积加倍；然后在体积不变的情况下加热，使压强加倍；最后经绝热膨胀，使温度回到初值。试在P－V图上表示气体所经历的过程，并求在各过程中气体所吸收的热量，气体所作的功，气体内能的变化。（设氧气可看作理想气体）解：1221P(atm)0abcd气体经历过程P－V图表示如右图所示。氧气为双原子分子理想气体，自由度i=5。气体经历过程P－V图表示如右由和得a→b等压过程1221P(atm)0abcdb→c：等容过程c→d：绝热膨胀过程1221P(atm)0abcd8.5循环过程一、热机热力学研究各种过程的主要目的就是提高热机的效率。所谓的热机就是不断地通过工作物质把吸收的热量转变为功的装置。如蒸汽机、内燃机、汽轮机等。在热机中被用来吸收热量并对外作功的物质叫工作物质，简称工质。工质往往经历着循环过程，即经历一系列变化又回到初始状态。二、循环过程系统经过一系列状态变化以后，又回到原来状态的过程叫作热力学系统的循环过程，简称循环。1、定义2、特点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。工质在整个循环过程中对外作的净功等于曲线所包围的面积。系统经过一个循环以后，系统的内能没有变化AB沿顺时针方向进行的循环。逆循环:

沿逆时针方向进行的循环。3、循环过程的分类正循环:

pVabcd正循环pVabcd逆循环三.热机工质作正循环的机器，称为热机。一定质量的工质在一次循环过程中从高温热源吸热Q1，对外作净功W，向低温热源放出热量Q2。工质回到初态，内能不变。1.热机(如蒸汽机、内燃机)高温热源

T1低温热源

T2Q1Q2W2.热机效率Q1

=

Q2

+W热机效率1.制冷机（如冰箱、制冷式空调）

四、制冷机工作物质作逆循环的机器，称为制冷机。制冷机经历一个逆循环后，由于外界对它作功，可以把热量由低温热源传递到高温热源。在一个循环中，外界对工质作功W，工质从低温热源吸热Q2，向高温热源放热Q1。工质回到初态，内能不变。高温热源

T1低温热源

T2Q1Q2W2.制冷系数Q1=

Q2+W制冷系数例1

3.210-2kg氧气作ABCD循环过程。A

B和C

D都为等温过程，设T1=300

K，T2=200K，V2=2V1。求循环效率。DABCT1=300KT2=200KV2V1Vp解吸热放热放热吸热DABCT1=300KT2=200KV2V1Vp五、卡诺循环（讨论以理想气体为工质的卡诺循环）

1824

年法国年青的工程师卡诺(1796-1832)提出一个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,并还提出了著名的卡诺定理。

可逆循环：组成循环的每一个过程都是可逆过程，则称该循环为可逆循环。卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。W1243T2T1卡诺热机高温热源T1低温热源T2下面我们来讨论卡诺循环热机效率W1

2

工质接触高温热源T1,温度不变,体积V1→V2等温膨胀。W1243T2T1V1V4V2V3P1P2P4P334工质接触低温热源T2

,温度不变,体积V3

V4

,等温压缩。卡诺热机效率吸热过程放热过程放出热量：两式相除,得23

体积V2→V3,绝热膨胀,吸热为零,内能减少。绝热方程41体积V4→V1,绝热压缩,吸热为零,内能增加。绝热方程W1243T2T1V1V4V2V3P1P2P4P3得卡诺热机效率

(1)要完成一个卡诺循环,必须有高、低温两个热源，两热源的温差越大,则卡诺循环的效率越高。

(2)卡诺定理可以证明，工作在相同高、低温热源间的一切热机，卡诺可逆机效率最高。

(3)卡诺循环效率只与两热源温度有关，因此提高热机效率的唯一有效途径是:提高高温热源的温度。讨论

(4)T1≠∞，T2≠0，故

不可能等于1或大于1。(5)只能用来求卡诺热机效率卡诺致冷机（卡诺逆循环）致冷系数WT1T2卡诺致冷机高温热源T1低温热源T2若工质为理想气体这是在T1和T2之间工作的各种制冷机的制冷系数的最大值。W六、卡诺定理

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热机都具有相同的效率。

2.工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆热机的效率都不可能大于可逆热机的效率。讨论(1)卡诺定理给出了热机效率的极限。(2)卡诺定理指出了提高热机效率的方向。例2

一卡诺热机，工作于温度分别为300K和400K的两个热源之间。求：（1）卡诺热机的效率；（2）若在正循环中该机从高温热源吸收热量1600J，问该机向低