西北大学《热学》课件-第5章热力学第一定律.pptVIP

等温过程，ΔT=0，pV=常数 Isothermal Process p V 等温过程 绝热过程， ΔQ=0 Adiabatic Process 良好绝热材料包围的系统 过程进行得较快而来不及和外界交换热量的系统。 双原子分子， 理想气体 d(bar)A = vCvdT = -pdV pV = vRT pdV + Vdp = vRdT (Cv+R)pdV = -CvVdp CppdV = -CvVdp dp/p = -Cp/Cv dV/V 常用技巧：对状态方程和状态函数求全微分 p V 等温过程 绝热过程 幂函数（a<-1） 压缩引火 在活塞中放入燃烧物，快速压缩活塞，可以引燃燃烧物。 由于活塞压缩很快，整个过程可以视为绝热过程。 假设初始温度300K，体积V，压缩到其十分之一。 Van der Waals气体绝热过程方程Equation of the Adiabatic Process for the Van der Waals Gas 推不出来，要记 用绝热过程讨论变温气压公式Derivation from Adiabatic Process 多方过程 Polytropic Process 气体进行的实际过程往往既非绝热又非等温。 多方过程 p V 绝热过程 等温过程 等压过程 等容过程 多方过程 等温过程 绝热过程 等容过程 等压过程 讨论PA，PB，PC过程中的功，热和内能的变化 PB：绝热过程 QPB ＝0 APB ＜0，△UPB ＝APB ＜0 PA过程 △UPA ＝△UPB ＜0 APA＜0，且∣APA∣＜∣APB∣ QPA＜0 PC过程 △UPC ＜0；APC＜0；QPC ＞0 看面积 声速的问题 Queastion: Speed of Sound 小振幅声波波速 Newton：声波在大气中传播是等温的 Laplace：声波在大气中传播是绝热的 5.8 循环过程和卡诺循环Cyclic Processes and the Carnot Cycle 瓦特（1736-1819） 热力学的发展伴随着蒸汽机的发展与改良 蒸汽机： 1765年，瓦特制成蒸汽机（不是他发明的） 1814年，斯蒂芬森发明蒸汽机车火车 工业革命的发展，要求蒸汽机的效率进一步提高。如何提高蒸汽机的效率，推动了热力学理论的进步。 “它武装了人类，使虚弱无力的双手变得力大无穷，健全了人类的大脑以处理一切难题。它为机械动力在未来创造奇迹打下了坚实的基础，将有助并报偿后代的劳动。” 各种热机的效率 Efficiency of the Heat Engines 循环过程 Cyclic Processes 系统从某一状态出发，经过任意的一系列过程，最后又回到原来的状态，这整个过程叫做循环过程。（例如活塞的往返运动） 循环中包括的每一个过程叫做分过程。 进行循环过程的系统物质叫做工作物质或者工质。 循环过程的典型例子：热机 把热转换为功的机械 P R Q'2 Q1 C B A1 A2 B — 锅炉； C —汽缸； R —冷凝器； P —泵。 高温高压蒸汽 冷凝水 循环过程示意图 sketch map 状态a?b ? c过程：系统对外界作功 状态c?d ?a过程：外界对系统作功 用闭合曲线表示循环过程 整个循环过程中，系统对外作的净功的数值为 在p-V图中，循环过程沿顺时针方向进行时，系统对外作功，这种循环叫正循环（致热循环） 循环过程沿逆时针方向进行时，外界将对系统作净功，这种循环叫逆循环（制冷循环） 热机效率：热量转化为机械能的百分比 a b c d 循环过程： ΔU=0 Q=A 系统对外界做功 Q=总吸热-总放热 热机 高温热源 低温热源 热机（正循环） a b c d 热机效率： A 致冷机致冷系数： 致冷机（逆循环） 致冷机 高温热源 低温热源 A B A 对热机和制冷机，人们关心的核心问题是热机的效率和致冷系数 卡诺循环及其效率Carnot Cycle and its Efficiency 在19世纪上半叶，人们从理论上研究如何提高热机效率。1824年，法国青年工程师卡诺，提出了一种理想热机。这种热机的工质只与两个恒温热源交换能量，并且不存在散热、漏气和摩擦等因素，称为卡诺热机，其循环称为卡诺循环。卡诺循环在理论上指出了提高热机效率的可靠途径，并由此奠定了热力学第二定律的基础。 萨迪．卡诺 (N．L．S．Carnot， 1796-1832) * 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 . 卡诺热机 W A B C D 低温热源T2 高温热源T1 2 1 T T > A AB:吸热膨胀的过程，则对外做功等温过程(isothermal)（deltaU=0）效率最高，即吸的热全部变为功；BC: