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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第7章 热力学,本章内容：,7.5 理想气体的内能 焦耳实验,7.6,理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容,7.7 理想气体的等温过程和绝热过程,7.1 热学的研究对象和研究方法,7.2 平衡态 理想气体状态方程,7.3 准静态过程 功 热量,7.4 内能 热力学第一定律,7.8 循环过程,7.9 热力学第二定律,7.10 可逆与不可逆过程,7.11卡诺循环 卡诺定理,热机发展简介,热机,年代,国籍,发明者,热效率,蒸汽机,1765,英,瓦特,8,内燃机,汽油机,1876,德,奥托,2035,柴油机,1896,德,狄赛尔,26,45,燃气轮机、燃气喷射式发动机,1939,德,霍兹华尔斯,48,热机：,通过某种工作物质（简称工质）,不断地,将热量转变为机械功的机器，如内燃机、蒸汽机等。,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.,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,.,净热量,=,净功,特征,一 循环过程,A,B,总吸热,总放热,7.8 循环过程,chsling,7.8 循环过程,chsling,1.Q,和,A,是指净热量和净功；,2.A,的,数值,等于,p-V,图上封闭,曲线所包围的面积(有正负）,3.,循环过程最小由三个单一过程组成，在,p-V,图上表示,为一封闭曲线。,7.8.2 正循环和逆循环,按过程进行的方向把循环过程分为两类。,正循环（热机）：,在,p-V,图上,按,顺时针,方向进行的循环过程（,A 0，Q,0，对外做正功）；,逆循环（致冷机）：,在,p-V,图上,按,逆时针,方向进行的循环过程（,A 0，Q,0，外界对系统做功,）；,1,热机,高温热源,低温热源,热机（正循环）,2,1,低温热源,致冷,机,高温热源,致冷机（,逆,循环）,7.8 循环过程,chsling,7.8.3 热机效率和致冷系数,热机效率：,致冷机致冷系数：,7.8 循环过程,chsling,式中,Q,和,A,均为绝对值，与热一律不同；,和 等效，合适选用可简化计算过程；,1，因其中 。,0,2,Q,h,1,4,2,3,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热机的效率.,解,由理想气体物态方程得,7.8 循环过程,chsling,1,4,2,3,7.8 循环过程,chsling,卡诺循环,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,.,A,A,B,C,D,A,B,等温膨胀,吸,热,C D,等温压缩放热,7.8 循环过程,chsling,D A,绝热过程,A,A,B,C,D,卡诺热机效率,B C,绝热过程,7.8 循环过程,chsling,结论：,卡诺热机效率与工作物质无关，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.,7.8 循环过程,chsling,1.卡诺循环需高低温两个热源，且循环效率只与高、低温热源温度有关；,2.提高效率的途径为提高 ,降低 ；,3.,4.只有卡诺循环可用 来计算效率。,卡诺致冷机,致冷,系数：,图中两卡诺循环 吗？,思考,7.8 循环过程,chsling,例2,一台电冰箱放在室温为 的房间里，冰箱储藏柜中的温度维持在 .现每天有 的热量自房间传入冰箱内,若要维持冰箱内温度不变,外界每天需作多少功,其功率为多少?设在 至 之间运转的致冷机(冰箱)的致冷系数,是卡诺致冷机致冷系数的 55%.,解,由致冷机致冷系数 得,:,房间传入冰箱的热量为：,7.8 循环过程,chsling,保持冰箱在 至 之间运转,每天需作功,功率,7.8 循环过程,chsling,解决循环过程的一般步骤：,1.画出循环的,p-V,图；,2.判断各单一过程吸热、放热及做功情况；,根据热一律，计算出吸、放热,或,做功的值；,3.根据循环过程效率公式进行计算。,开尔文说法,（功变热）：,不可能只从单一热源吸收热量，使之完全转换为功而不引起其他变化。,问题：,1,功热转换的条件第一定律无法说明；,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.,热力学第二定律的两种表述,说明：,1.非循环过程可以从单一热源吸收热量全部转为有用的功（如等温过程）；,2.推论：第二类永动机不可能实现。,7.9 热力学第二定律,chsling,克劳修斯说法,（热传导）：,不可能使热量从低温物体自动传到高温物体而不引起其他变化。,7.9.2,可逆过程与不可逆过程,可逆过程：,在系统状态变化过程中,如果过程的每一步都可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任何变化,这样的过程叫做可逆过程.,不可逆过程,：如果对于某一过程，用任何方法都不能使系统和外界恢复到原来的状态。,1.两种说法是等效的；,2.,热力学第二定律是大量实验和经验的总结.,7.9 热力学第二定律,chsling,自发过程：,自然界中不受外界影响而能够自动发生的过程。,孤立系统：,一个不受外界影响的热力学系统。,热功转换,完全,功,不,完全,热,非,自发传热,自发传热,高温物体,低温物体,热传导,7.9 热力学第二定律,chsling,实现可逆过程的条件：无摩擦的准静态过程为,可逆过程；,2.热力学第二定律的实质：自然界的一切自发过程,都是不可逆过程。,7.9.3 卡诺定理,2）,在相同的高、低温热源之间工作的一切不可逆机，其效率都不可能大于可逆热机的效率,。,(,不,可逆机),（,可逆,机,）,以卡诺机为例，有,1）,在温度分别为 和 的两个给定热源之间工作的一切可逆过程，其效率相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即 .,7.9 热力学第二定律,chsling,卡诺定理的意义：,1.提出了热机效率的极限；,2.提出了提高热机效率的方向。,思考,1.,理想气体和单一热源接触做等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外做功，这一说法,热力学第一定律,，,热力学第二定律（,填“违反”或“不违反”）,。,不违反,不违反,2.某理想气体进行如图所示的循环。第一个循环中，,ab,为等温过程，,bc,为绝热过程，,cd,为等温过程，,da,为绝热过程；第二个循环中，,be,为等体过程。循环效率较高的是 循环。,a,b,c,d,e,abcd,7.9 热力学第二定律,chsling,小结,1.,循环过程特征：;,2.一般循环过程的效率：,热机效率：,致冷机致冷系数：,3.卡诺循环：,卡诺热机效率：,卡诺致冷机致冷系数：,4.热力学第二定律,开尔文说法,（功变热）,克劳修斯说法,（热传导）,5.可逆过程与不可逆过程,6.卡诺定理：,1）,在温度分别为 和 的两个给定热源之间工作的一切可逆过程，其效率相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即 .,2）,在相同的高、低温热源之间工作的一切不可逆机，其效率都不可能大于可逆热机的效率。,作业,：,第七章练习题,7.1(1)(2)(3)(5),；,7.2,；,7.4,；7.11；,7.13,；,7.22,；,7.24；7.26,；,7.27,
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