大学物理化学授看葱挛课件热能的可用性及火用分析(本科专业)

大学物理化学授课课件:热能的可用性及应用分析课程导言:热能在日常生活和工业生产中的重要性热能是人类文明发展的重要基础。从简单的烹饪到复杂的工业生产，热能无处不在，为我们的生活提供能量和便利。热能广泛应用于电力生产、交通运输、建筑供暖、食品加工等各个领域，为现代社会发展提供源源不断的动力。热能的基本概念和定义热能的概念热能是指物体内部微观粒子无规则运动的动能和势能的总和，是能量的一种形式。热能的定义热能的定义是：物体内部微观粒子的热运动所具有的能量，包括动能和势能。热能的性质热能具有传递性，可以从一个物体传递到另一个物体，并可以转化为其他形式的能量。热量和温度的关系热能热能是一种能量形式，表示物体内部粒子的无规则运动。温度温度是用来衡量物体冷热程度的物理量，反映了物体内部粒子平均动能的大小。关系温度是热能的一种体现，温度越高，物体内部粒子平均动能越大，热能也越高。热力学第一定律能量守恒定律能量形式相互转化热力学第一定律公式热力学第二定律热力学第二定律在孤立系统中，熵总是增加或保持不变，永远不会减少。这意味着系统趋向于更加混乱和无序。热量传递方向热量总是从高温物体传递到低温物体，直到达到热平衡。熵和热机的效率熵热机的效率系统混乱程度的度量热机将热能转化为机械能的比例熵增原理：自然界中的熵总是增加的卡诺循环：理想热机的最高效率理想气体状态方程1描述建立理想气体模型，描述气体状态参数之间的关系2公式PV=nRT，其中P为压强，V为体积，n为气体摩尔数，R为气体常数，T为温度。3应用计算气体性质，如压强、体积、温度和摩尔数之间的转换。相态变化与气体液化1气体液化降低温度或增大压力2固体熔化吸收热量3液体汽化吸收热量相图及其应用相图是描述物质在不同温度和压力下存在的相态之间的关系图。它可以帮助我们理解物质在不同条件下的物理性质，以及相变过程。相图在化学工程、材料科学、地质学等领域有着广泛的应用。例如，我们可以根据相图来预测物质的熔点、沸点、升华点等。相图还可以用来设计和优化化学反应过程，以及选择合适的材料进行生产。气体的分子动理论微观世界气体由大量快速运动的分子组成，它们不断地碰撞和相互作用。碰撞与运动分子的碰撞是随机和频繁的，导致气体的压力和温度。分子动理论与热能的关系热能与分子运动热能是分子运动的总能量。温度越高，分子运动越剧烈，热能越大。分子动理论与热力学分子动理论解释了热力学的基本原理，包括热量传递、压强和温度的关系。应用分子动理论在热能工程、材料科学和生物化学等领域有着广泛的应用。热量的传递形式:导热、对流和辐射1导热通过物质内部的微观粒子运动传递热量，热量从高温物体传向低温物体。2对流通过流体的流动来传递热量，热量通过流体内部的分子运动传递到其他区域。3辐射通过电磁波传递热量，热量不需要介质，可以在真空中传播。导热的物理机理及其应用1分子热运动导热是通过分子热运动来传递能量。2热量传递温度较高的物体通过分子碰撞将热量传递给温度较低的物体。3热传导率不同材料的热传导率不同，决定了材料的导热性能。4应用锅、暖气片、保温杯等日常用品都利用了导热原理。对流传热的物理过程和工程应用1流体运动流体内部质点相互运动2热量传递热量从高温区域传递到低温区域3工程应用锅炉、热交换器、空调等辐射热传递的特点和实际应用电磁波辐射热传递是通过电磁波的形式进行的，不需要介质传递。温度热辐射的强度与温度的四次方成正比，温度越高，辐射热传递越强。方向性辐射热传递可以是定向的，也可以是漫射的。热功转换设备:热机和制冷机热机将热能转化为机械能的装置，如内燃机和汽轮机。制冷机利用工质的相变过程，将热量从低温环境转移到高温环境。热机的基本工作过程及其效率1吸热热机从高温热源吸收热量。2做功热机将部分吸收的热量转化为机械能做功。3排热热机将剩余的热量排放到低温热源。汽车发动机的热能转换过程燃烧汽油或柴油在发动机气缸内燃烧，释放热能。膨胀燃烧产生的热能使气体膨胀，推动活塞做功。冷却膨胀后的气体被排放到大气中，发动机冷却系统将热量带走。循环整个过程不断重复，将热能转换为机械能。燃气轮机的热能转化应用电力生产燃气轮机是现代发电厂的核心设备，能够高效地将燃气燃烧产生的热能转换为电能，满足城市和工业用电需求。航空推进燃气轮机是喷气式飞机发动机的关键部件，其高速旋转的叶片将燃气热能转化为强大的推力，推动飞机高速飞行。管道输气燃气轮机可用于管道输气系统中，驱动压缩机，提高天然气输送效率，满足城市和工业用气需求。蒸汽轮机与发电厂1蒸汽轮机将蒸汽的热能转换为机械能的装置，广泛应用于发电厂。2发电厂利用燃料燃烧产生的热能驱动蒸汽轮机，最终将机械能转换为电能。3工作原理高温高压蒸汽推动汽轮机叶片旋转，带动发电机发电，实现热能到电能的转换。热泵和制冷机的工作原理热泵利用环境中的低温热能，通过压缩机提升温度，实现热能转移，为建筑物供暖或制冷。制冷机利用制冷剂的相变特性，通过压缩机循环，吸收环境热量，降低温度，实现制冷效果。工作原理通过压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等部件组成循环系统，实现热量的转移和转化。太阳能热利用技术太阳能热利用技术是指将太阳辐射能转化为热能的技术，它是一种清洁、可再生、高效的能源利用方式，具有广阔的应用前景。太阳能热利用技术主要包括太阳能热水器、太阳能光热发电、太阳能干燥、太阳能建筑等。它可以应用于民用、工业、农业等各个领域，为人类提供清洁、可持续的能源供应。地热能的开发与利用地热能是一种清洁、可再生能源，来源于地球内部的热量。地热能可用于发电、供暖、农业温室、温泉旅游等多个领域。地热能的开发利用技术不断发展，从传统的热液式发电到干热岩发电，效率不断提升。生物质能的利用与发展可再生能源生物质能是一种可再生能源，其来源于植物和动物的残体，可以转化为燃料、电力和热能。环保生物质能的利用减少了化石燃料的使用，降低了二氧化碳排放，对环境保护具有重要意义。应用领域生物质能广泛应用于农业、林业、能源和工业等领域，为社会经济发展提供可持续的能源支撑。工业余热的回收利用1降低能耗将工业生产过程中的废热回收利用，减少能源消耗，降低生产成本。2保护环境减少废热排放，降低环境污染，实现可持续发展。3提高效率将回收的余热用于其他生产过程，提高整体能源利用效率。热能的可持续利用与环境保护节约能源提高热能利用效率，减少能源浪费，实现可持续发展。清洁能源积极发展太阳能、风能、地热能等清洁能源，减少化石燃料的依赖。低碳排放采取措施减少二氧化碳等温室气体排放，减缓气候变化。热能利用