安徽大学大学物理第十章 热力学基础.ppt

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10-4绝热过程 多方过程* 一、绝热过程 系统不与外界交换热量的过程. 特征: Q = 0 热力学第一定律可以写成 气体对外作功为 p 绝热的汽缸壁和活塞 绝热方程 *理想气体在绝热过程所做的功 考虑到 二、绝热线和等温线 A B C 常量 等温过程曲线的斜率 绝热过程曲线的斜率 考虑到 绝热线的斜率大于等温线的斜率. 原因: 等温过程中压强的减小仅是体积增大所致,而在绝热过程中压强的减小是由于体积增大,同时温度降低两个因素所致. 例 3.2×10-3kg的氧气(看做理想气体),其初态的压强p1=1.0atm, 体积V1=1.0×10-3m3,先对其进行等压加热,使它的体积加倍;然后对其等体加热,使它的压强加倍,最后使其绝热膨胀而温度回到初态值。试在P-V图上表示该气体所经历的过程,并求各个过程中气体吸收的热量,气体对外所作的功及气体内能的增量. 解: 已知p1=1.0atm, V1=1.0×10-3m3, M= 32×10-3kg·mol-1, m= 3.2×10-3kg, CV,m=5R/2, γ=1.4. 对于等压过程,有 对于等体过程,有 对于绝热过程,有 图略. 求三个过程的Q, W, △E 对于等压过程,有 对于等体过程,有 对于绝热过程,有 练习 对于理想气体,下列哪个过程是可能发生的? (A)等容加热,内能减少,压强升高 (B)等温压缩,压强升高,同时吸热 (C)等压压缩,内能增加,同时吸热 (D)绝热压缩,压强升高,内能增加 D 三、多方过程* p V O 等压过程 等体过程 等温过程 绝热过程 ¥ - - = ~ 0 m , m , 为多方指数,取值范围: 其中 V n p n C C C C n 常量 = n pV 内能增量: 由热力学第一定律: 设多方过程的摩尔热容为 Cn 多方过程吸热: 比较可得: 由 和 多方过程的摩尔热容: 10-5 循环过程 卡诺循环 一、循环过程 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 . 热机就是实现这种循环的一种机器. 循环特征: 经历一个循环过程后,内能不变. 气体作功 B A b a pB VB pA VA p O V AaB为膨胀过程: Wa BbA为压缩过程:- Wb 净功 : W = Wa - Wb 结论: 在任何一个循环过程中, 系统所作的净功在数值上等于 p -V 图上循环曲线所包围的面积. 正循环: 在p-V图上循环过程按顺时针进行. 逆循环: 在p-V图上循环过程按逆时针进行. 热机: 工作物质作正循环的机器. 制冷机: 工作物质作逆循环的机器. 设:系统吸热Q1,系统放热Q2. 循环过程的热力学第一定律: 热机 高温热源 低温热源 致冷机 高温热源 低温热源 二、循环效率 热机(正循环) 热机效率 致冷机(逆循环) 致冷系数 三、卡诺循环 1824年,法国青年科学家卡诺(1796 -1832)提出一种理想热机,工作物质只与两个恒定热源(一个高温热源,一个低温热源)交换热量. 整个循环过程是由两个绝热过程和两个等温过程构成,这样的循环过程称为卡诺循环. 卡诺热机 高温热源 低温热源 正向卡诺循环 W 1 2 3 4 1 — 2 等温膨胀 2 — 3 绝热膨胀 3 — 4 等温压缩 4 — 1 绝热压缩 1 — 2 等温膨胀 3 — 4 等温压缩 2 — 3 绝热膨胀 4 — 1 绝热压缩 卡诺循环效率 绝热过程两式相比 代入得到 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 . 逆向卡诺循环 卡诺致冷机 高温热源 低温热源 致冷系数 例 计算奥托机的循环效率. c-d, e-b为等容过程, b-c,d-e为绝热过程. 解: V0 V p V a c d e b O c-d 过程中, 吸热 e-b 过程中, 放热 效率 代入可得 称为压缩比,压缩比越大,效率越高 10-6 热力学第二定律 一、开尔文表述 不可能制造出这样一种循环工作的热机,它只从单一热源吸取热量使之完全转换为功而不产生任何其他影响. 第二类永动机是不可能制成. 二、克劳修斯表述 不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化. 热量不可能自动地从低温物体传到高温物体去. 三、热力学第二定律的两种表述是等价的 高 温 热

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