18章热力学第一定律.pptVIP

(3)：对abcd整个过程应用热力学第一定律： o V p 2P1 P1 V1 2V1 a b c d [例2] 设有摩尔数为 n 的理想气体，定体摩尔热容和定压摩尔热容为 CV m和 Cp m( g = Cpm/CVm)，其初态和终态的状态参量用 (p1,V1,T1) 和 表示。 试完成下列表格（所有过程均为准静态）： 过程方程 等体 过程 等压 等温 绝热 内能是温度的单值函数，内能的变化取决于始末状态的温度，与过程无关。 循环过程： 系统经历了一系列物态变化过程以后，又回到原来物态的过程。 热力学理论最初是在研究热机工作过程的基础上发展起来的。所谓热机就是把热量转化为有用的功的装置。热机中必须有工作物质（即热力学系统）靠工作物质从热源吸收热量，再利用系统的体积膨胀对外做功。 蒸汽机的水蒸气、内燃机的雾化的燃油和助燃气体混合物等。 18.5 循环过程 循环特征：经历一个循环过程后，内能不变。 aIb 为膨胀过程： bIIa为压缩过程： 循环过程中的净功： 结论：在任何一个循环过程中，系统所做的净功在数值上等于p –V 图上循环曲线所包围的面积。 p V b a II I pb Vb pa Va 顺时针 逆时针 a-b-a为一个循环过程 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。 循环过程的分类： 正循环：在 p –V 图上循环过程按顺时针进行,系统对外做正功。 逆循环：在p –V 图上循环过程按逆时针进行，系统对外做负功 热机：工作物质作正循环的机器，对外界做正功 制冷机：工作物质作逆循环的机器，外界对工作物质做功。 正循环过程是将吸收的热量中的一部分转化为有用功，另一部分Q2放回给外界 设系统吸热 Q1 ，系统放热 Q2。 循环过程的热力学第一定律： 应用：热机（把热转化为功的装置） 致冷机：由外界作功，将热量从低温热源送致高温热源，从而使低温热源的温度降低的装置。 p –V 图上循环过程按顺时针进行 p –V 图上循环过程按逆时针进行 正循环 逆循环 热机:通过工作物质使热量不断转换为功的机器。 一、热机 热机的效率 奥托循环 热机效率 工质为燃料与空气的混合物，利用燃料的燃烧热产生巨大压力而作功。 绝热 绝热 做功是目的，吸热是成本 进气 ① ② ③ [例1] p.61 例18.8 奥托 循环 解：四个冲程： ⑤ d ? a 等体放热 ① a’ ? a吸入燃料 ② a ? b绝热压缩 排气 ④ ① ② ③ ④ ④ c ? d绝热膨胀 引入压缩比： ③ b ? c等体吸热 18.6 卡诺循环及其效率 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。 一 .卡诺循环 由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程所组成的循环称之为卡诺循环。 高温热源T1 低温热源T2 工质 Ⅰ?Ⅱ：与温度为T1的高温热源接触，TⅠ=TⅡ=T1，体积由V1膨胀到V2，从热源吸收热量为: Ⅱ ?Ⅲ：绝热膨胀，体积由V2变到V3，吸热为零。 Ⅲ ?Ⅳ：与温度为T2的低温热源接触, TⅢ =TⅣ=T2， 体积由V3压缩到V4，从热源放热为: Ⅳ ?Ⅰ：绝热压缩，体积由V4变到V1，吸热为零。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 对绝热线23和41： 说明： （1）完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温 和低温热源 （2）卡诺循环的效率只与两个热源温度有关 （3）卡诺循环效率总小于1 （4）在相同高温热源和低温热源之间的工作的 一切热机中，卡诺循环的效率最高。 Q2 表示工作物质从低温热库吸热量；Q1 表示工作物质向高温热库放热量。 高温热库 低温热库 闭合曲线的面积表示净功 A 0。外界对系统做的净功： A’ = -A = Q1 - Q2 0（净放热） 热交换器 压缩机 蒸发器 冷库 节流阀 ＊ ＊＊ ＊ 冰箱原理示意图： 18.7 制冷循环 工质把从低温热源吸收的热量Q2和外界对它所作的功A以热量的形式传给高温热源Q1.致冷循环就是逆循环过程（ p-V 图上逆时针）。 以理想气体为工作物质的准静态 Carnot 逆循环的致冷系数： 定义：致冷系数 w 实例：冰箱（致冷），空调机（致冷、致热）制冷剂一般为氨 吸热是目的，做功是付出的“本钱” 逆循环中向高温热源放出的热量Q1=正循环中从中吸收的热量Q1(推导过程相同) 空调制冷时，室内作为低温热源，工作物质从室中吸热，向室外放热；制热时室内作为高温热库，室外作为低温热库，从