大学物理_热力学基础教案.ppt

* 系统经过一系列的变化之后又回到原来状态––– 这一过程称循环过程 (简称循环)。 §4 循环过程和循环效率 循环过程： 特征： ?E = 0 Q = A 1. 正循环(热机) P V 0 a b c d T1 Q1 T2 泵 |A| 气缸 Q2 * 2. 热机效率 A 一次循环对外作的净功 T1 T2 高温 低温 Q1 A Q2 热 机 循环效率 在一正循环中, 系统从高温热源吸热 Q1 向低温热源放热 * 3. 逆循环(致冷机) 逆循环是利用外界做功从低温热源吸热，向高温热源放热的机器。这样的机器称致冷机，如冰箱。 4. 致冷系数 A 一次循环对系统作的净功 Q2 一次循环从低温 热源吸收的热量 * A 高温热源 低温热源 Q2 Q1 (冷冻室) (周围环境) 散热器 冷冻室 蒸发器 节 流 阀 储 液 器 压 缩 机 20 0 C 10 atm 3 atm 70 0 C 10 0 C Q2 Q1 氟 利 昂 家用电冰箱循环示意图 电冰箱的工作原理 工质用较易液化的物资，如氨和氟里昂。 氨气在压缩机内被急速压缩， 使其压强增大，且温度升高。 进入散热器（高温热源）后， 由于向冷却水（或周围空气） 放热而凝结为液态氨。 液态氨经过节流阀的小孔通 道后，降压降温并且部分汽 化，再进入蒸发器。 液态氨将从冷冻室（低温热 源）中吸热，使冷冻室温度 降低而自身全部蒸发为蒸汽。 此氨蒸汽最后被吸入压气机 进行下一个循环。 基本物理原理： 物体相变 气态?液态，放热 液态?气态，吸热 * 技术上的循环：奥托(Otto)循环 0 V0 V V P a b c d e 简化后 V V P b d e c V0 0 a 1. 吸气 a ? b (等压), 2. 压缩 b ? c (绝热), 3. 爆燃作功 c ? d 爆燃(等容), d ? e 作功(绝热), 4. 排气 e ? b (等容), b ? a (等压)。 压缩比： * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 奥 托 循 环 * 空气标准奥托循环 理论上研究实际过程中的能量转化关系时，总是用一定质量的空气（理想气体）进行的准静态过程来代替实际的过程。 (1)绝热压缩 a?b,气体从(V1,T1)状态变化到(V2,T2)状态; (2)等容吸热(相当于点火爆燃过程) b?c,气体从(V2,T2)状态变化到(V2,T3)状态; (3)绝热膨胀 (相当于气体膨胀对外作功过程) c?d,气体从(V2,T3)状态变化到(V1,T4)状态; (4)等容放热d?a,气体从(V1,T4) 状态回到(V1,T1)状态。 V1 V2 V P a (V1,T1) b (V2,T2) c (V2,T3) d (V1,T4) * 空气标准奥托循环 V1 V2 V P a b c d Q1 Q2 (1)绝热压缩 a?b,气体从(V1,T1)状态变化到(V2,T2)状态; (2)等容吸热(相当于点火爆燃过程) b?c,气体从(V2,T2)状态变化到(V2,T3)状态; (3)绝热膨胀 (相当于气体膨胀对外作功过程) c?d,气体从(V2,T3)状态变化到(V1,T4)状态; (4)等容放热d?a,气体从(V1,T4) 状态回到(V1,T1)状态。 * 理想气体等值过程和绝热过程有关公式 过程 特征 过程方程 能量转化关系 内能增量 ?E 对外作功 A 吸收热量 Q 摩尔热容量C 等容 V=恒量 P/T=恒量 0 等压 P=恒量 V/T=恒量 或 等温 T=恒量 PV=恒量 0 ? 绝热 Q=0 PV?=C1 V?-1T=C2 P?-1 V-?=C3 0 0 或 或 * 例：图示为理想气体所经历的循环过程。循环由两等温过程和两个等体过程所组成，设分子自由度i及P1、 P2、 P3、 P4为已知，求循环效率。 解： Q1 Q2 dQ=dA, dA?0, dQ ?0 dQ=dE, dE?0, dQ ? 0 P4 P3 P2 P1 P 0 V * Q1 Q2 Q3 Q4 P4 P3 P2 P1 P 0 V * 例：某理想气体作如图示的循环，a?b，c?d为绝热过程，b ?c为等压过程，