[材料科学]第二章热力学第一定律08-10.ppt

补充知识 相变焓 补充知识 相变焓 补充知识 相变焓 练习 从卡诺循环得到的结论 （1）解决了热机效率的极限值问题。 （2）Carnot 循环是热力学中的一个基本循环，在热力学理论发展中具有非常重要的意义。据此引出了热力学第二定律。 热机效率 将热机所作的功与所吸的热之比值称为热机效率,或称为热机转换系数，用 表示。 高温热源 低温热源 热机的转化效率只与两个热源的温度有关,温差越大热机效率越高。 或： 即卡诺循环中，热效应与温度商值的加和等于零。 Carnot 循环的意义 冷冻系数 如果将Carnot机倒开，就变成了致冷机。 式中W表示环境对系统所作的功。 这时环境对系统做功W，系统从低温 热源吸热 ，而放给高温 热源 的热量 将所吸的热与所作的功之比值称为冷冻系数，用 表示。 热泵 热泵的工作原理与致冷机相仿。 热泵又称为物理热泵。 把热量从低温物体传到高温物体，使高温物体温度更高 热泵的工作效率等于：向高温物体输送的热与电动机所做的功的比值。 热泵与致冷机的工作物质是氨、溴化锂（氟利昂类已逐渐被禁用） 热泵 化学热泵 利用化学反应的可逆性作为热泵的工作物质，利用太阳能为室内供暖，而化学物质可重复利用。 太阳能加热 （1） 冷凝放热 （2） §2.10 Joule-Thomson效应 Joule-Thomson效应 Joule在1843年所做的气体自由膨胀实验是不够精确的，1852年Joule和Thomson 设计了新的实验，称为节流过程。 在这个实验中，使人们对实际气体的U和H的性质有所了解，并且在获得低温和气体液化工业中有重要应用。 在一个圆形绝热筒的中部有一个多孔塞或小孔，使气体不能很快通过，并维持塞两边的压差。 始态，左边气体的状态为： 压缩区 多孔塞 膨胀区 一、节流实验 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 多孔塞 膨胀区 终态，左边气体被压缩通过小孔，向右边膨胀，气体的终态为： 节流实验 环境将一定量气体压缩时所作功（以气体为系统得到的功）： 节流过程是绝热过程 气体通过小孔膨胀，对环境作功为： 二、节流过程过程分析 压缩区 多孔塞 膨胀区 压缩区 膨胀区 多孔塞 Q = 0 在压缩和膨胀时，系统净功的变化应该是两个功的代数和。 即 节流过程是个等焓过程 移项 节流过程过程分析 因为节流过程的 ,所以当： 三、Joule-Thomson系数 -----Joule-Thomson系数 经节流过程后，气体温度随压力的变化率。 转化温度（inversion temperature) 当 时的温度称为转化温度，这时气体经焦-汤实验，温度不变。 在常温下，一般气体的 均为正值。例如，空气的 ，即压力下降 ，气体温度下降 。 但 和 等气体在常温下， ，经节流过程，温度反而升高。 若要降低温度，可调节操作温度使其 四、Joule-Thomson系数的应用 等焓线（isenthalpic curve) 为了求 的值，必须作出等焓线，这要作若干个节流过程实验。 如此重复，得到若干个点，将点连结就是等焓线。 实验1，左方气体为 ，经节流过程后终态为 ，在T-p图上标出1、2两点。 实验2，左方气体仍为 ，调节多孔塞或小孔大小，使终态的压力、温度为 ，这就是T-p图上的点3。 气体的等焓线 显然： 等焓线（isenthalpic curve) 在点3右侧 在点3处 。 在线上任意一点的切线 ，就是该温度压力下的 值。 在点3左侧 气体的等焓线 转化曲线（inversion curve) 在虚线以左， ，是致冷区，在这个区内，可以把气体液化； 虚线以右， ，是致热区，气体通过节流过程温度反而升高。 选择不同的起始状态 ，作若干条等焓线。 将各条等焓线的极大值相连，就得到一条虚线，将T-p图分成两个区域。 图2.10 气体的转化曲线 转化曲线（inversion curve) 显然，工作物质（即筒内的气体）不同，转化曲线的