《大学物理课件：第8章 热力学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理课件：第8章 热力学（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、作业：作业：10-T2,10-T5,10-T7,10-T8,10-T10,10-T13、14一一,循环过程循环过程锅炉锅炉气缸气缸冷凝器冷凝器水泵水泵 热力学的发展过程热力学的发展过程热机发展历史。热机发展历史。第第4 4节节 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 蒸气机的过程：蒸气机的过程：内能的一部内能的一部分转变成功分转变成功第第4 4节节 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环一一,循环过程循环过程 蒸气机的过程：蒸气机的过程：水加热水加热成蒸汽成蒸汽高温蒸汽高温蒸汽推动活塞推动活塞低温蒸汽低温蒸汽冷却成水冷却成水水泵回锅炉水泵回锅炉循环循环 工作物质：水；工作物质：水； 物理实质：水在高、
2、低温热源之间循环，使热的一部分变成功。物理实质：水在高、低温热源之间循环，使热的一部分变成功。高温热源高温热源低温热源低温热源 热力学的发展过程热力学的发展过程热机发展历史。热机发展历史。内能的一部内能的一部分转变成功分转变成功第第4 4节节 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 蒸气机的过程：蒸气机的过程：水加热水加热成蒸汽成蒸汽高温蒸汽高温蒸汽推动活塞推动活塞低温蒸汽低温蒸汽冷却成水冷却成水水泵回锅炉水泵回锅炉循环循环高温热源高温热源低温热源低温热源 p V o 正循环；正循环； 逆循环。逆循环。一一,循环过程循环过程 热力学的发展过程热力学的发展过程热机发展历史。热机发展历史。内能的一部内
3、能的一部分转变成功分转变成功第第4 4节节 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 蒸气机的过程：蒸气机的过程：水加热水加热成蒸汽成蒸汽高温蒸汽高温蒸汽推动活塞推动活塞低温蒸汽低温蒸汽冷却成水冷却成水水泵回锅炉水泵回锅炉循环循环 循环做的功循环做的功高温热源高温热源低温热源低温热源 p V o2V2 p21V1 p1 正循环；正循环； 逆循环。逆循环。Q1一一,循环过程循环过程面积：面积：Q2循环到起始状态：循环到起始状态：D DE= D DE1 -D DE2 =0 热力学的发展过程热力学的发展过程热机发展历史。热机发展历史。内能的一部内能的一部分转变成功分转变成功第第4 4节节 循环过程循环过程
4、 卡诺循环卡诺循环 蒸气机的过程：蒸气机的过程：水加热水加热成蒸汽成蒸汽高温蒸汽高温蒸汽推动活塞推动活塞低温蒸汽低温蒸汽冷却成水冷却成水水泵回锅炉水泵回锅炉循环循环 循环做的功循环做的功高温热源高温热源低温热源低温热源 p V o2V2 p21V1 p1 正循环；正循环； 逆循环。逆循环。Q1一一,循环过程循环过程面积：面积：Q2在循环过程中，应用热力学第一定律时无需计算内能在循环过程中，应用热力学第一定律时无需计算内能 热力学的发展过程热力学的发展过程热机发展历史。热机发展历史。第第4 4节节 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 p V o2V2 p21V1 p1正循环效率：正循环效率：一一
5、,循环过程循环过程正循环：对外做功为正循环：对外做功为逆循环：外界做功为逆循环：外界做功为逆循环制冷系数：逆循环制冷系数： 热力学的发展过程热力学的发展过程热机发展历史。热机发展历史。【例题例题 8-5】 1000mol空气，空气，Cp,m=29.2J/Kmol，开始为标准状态，开始为标准状态A，pA=1.01105Pa,TA=273K,VA=22.4m3，等压膨胀至状态，等压膨胀至状态B，其容积为，其容积为原来的原来的2倍，然后作下图所示的等容、等温过程回到态倍，然后作下图所示的等容、等温过程回到态A，完成一次，完成一次循环。求循环效率。循环。求循环效率。【解解】(1)等压膨胀过程等压膨胀过
6、程 【解解】(2)等容降温过程等容降温过程 (3)等温压缩过程等温压缩过程 【例题例题 8-5】 1000mol空气，空气，Cp,m=29.2J/Kmol，开始为标准状态，开始为标准状态A，pA=1.01105Pa,TA=273K,VA=22.4m3，等压膨胀至状态，等压膨胀至状态B，其容积为，其容积为原来的原来的2倍，然后作倍，然后作下下图所示的等容、等温过程回到原态图所示的等容、等温过程回到原态A，完成一，完成一次循环。求循环效率。次循环。求循环效率。(1)等压膨胀过程等压膨胀过程 (4)循环效率循环效率 【例例】双原子理想气体的始态压强为双原子理想气体的始态压强为1.0105pa，体积为
7、体积为1.0 10-3 m3。先等压加热，使体积增大一倍，再等体放热，使压强降为先等压加热，使体积增大一倍，再等体放热，使压强降为0.7 105pa，最后绝热膨胀到初始温度，求：最后绝热膨胀到初始温度，求：画出过程曲线；画出过程曲线；系统热力学系统热力学能的增量；能的增量；系统对外界所做的功。系统对外界所做的功。【解解】如图所示：如图所示： 二二,卡诺循卡诺循环环 为提高热机效率，卡诺提出一个理想热机的循环。为提高热机效率，卡诺提出一个理想热机的循环。第第4 4节节 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 p V o 1(p1, V1)12： 2(p2, V2) 3(p3, V3) 4(p4, V
8、4) Q1 Q2与高温热源接触，等温膨胀过程与高温热源接触，等温膨胀过程23：气缸置于绝热垫上，绝热膨胀过程气缸置于绝热垫上，绝热膨胀过程34：与低温热源接触，等温过程与低温热源接触，等温过程41：气缸置于绝热垫上，绝热压缩过程气缸置于绝热垫上，绝热压缩过程循环效率循环效率：第第4 4节节 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 p V o 1(p1, V1) 2(p2, V2) 3(p3, V3) 4(p4, V4)二二,卡诺循卡诺循环环第第4 4节节 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环【意义意义】1，要提高要提高h h，提高，提高T1，降低，降低T2。2，卡诺循环需，卡诺循环需2个热源，即不能
9、从单一热源吸取热量做功。个热源，即不能从单一热源吸取热量做功。3，T20h h 1。即，热不能全部转成功。即，热不能全部转成功。但是但是功可以全部转成热功可以全部转成热二二,卡诺循卡诺循环环【解解】【例题例题 8-6】有可能利用表、深层海水温差制成热机。已知热带水域有可能利用表、深层海水温差制成热机。已知热带水域表层水温约为表层水温约为25，300m深处水温约为深处水温约为5。问：。问：(1)在这在这2热源间工作的卡诺热机效率？热源间工作的卡诺热机效率？(2)如某电站在此最大效率下工作，获得功率如某电站在此最大效率下工作，获得功率1MW，则它以什么速率，则它以什么速率排放废热？排放废热？(3)
10、此电站获得的机械功来自此电站获得的机械功来自水水从从25的冷却到的冷却到5所放出的热量，所放出的热量，问此电站将以什么速率取用问此电站将以什么速率取用25的表层水？的表层水？(1)(2)(3)第第5节节 热力学第二定律热力学第二定律 一一. . 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 大自然中有很多过程：大自然中有很多过程： 功变热功变热 冬天我们搓手取暖；冬天我们搓手取暖； 焦焦耳耳实实验验中中的的搅搅拌拌器搅动水使水温升高；器搅动水使水温升高； 输运过程输运过程 扩散扩散 水浸湿纸张；水浸湿纸张； 气味在空气中扩散；气味在空气中扩散； 谣言的扩散谣言的扩散(?)； 热传导热传导 水杯中的
11、开水冷却；水杯中的开水冷却； 身体温度降低；身体温度降低； 物质混合物质混合 酒精与水混合；酒精与水混合； 氧气与氮气混合；氧气与氮气混合； 挥发挥发 凉晒衣服；凉晒衣服； 樟脑气味的挥发；樟脑气味的挥发； 渗透渗透 水渗透到土壤；水渗透到土壤； 气体渗透到水；气体渗透到水； 溶解溶解 糖、食盐溶解于水；糖、食盐溶解于水； 硫酸溶解于水；硫酸溶解于水； 化学反应化学反应 氧气与氢气的化合；氧气与氢气的化合； 钠钠与与水水反反应应生生产产氢氢氧氧化钠和氢气；化钠和氢气； 都有一个特点：都有一个特点： 这些过程不能自动地逆方向进行这些过程不能自动地逆方向进行。 1第5节 热力学第二定律 为此，人们
12、定义了可逆过程和不可逆过程：为此，人们定义了可逆过程和不可逆过程：初态初态可逆过程：可逆过程： 如果无需借助外界作用就能沿着同一个过程的路如果无需借助外界作用就能沿着同一个过程的路 线线回到系统的出发点，则说系统经历了一个回到系统的出发点，则说系统经历了一个可逆过程。可逆过程。 不可逆过程：不可逆过程： 否则，系统经历的就是不可逆过程。否则，系统经历的就是不可逆过程。 一一. . 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 第第5节节 热力学第二定律热力学第二定律 一一. . 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 大自然中有很多过程：大自然中有很多过程： 功变热功变热 冬天我们搓手取暖；冬天
13、我们搓手取暖； 焦焦耳耳实实验验中中的的搅搅拌拌器搅动水使水温升高；器搅动水使水温升高； 输运过程输运过程 扩散扩散 水浸湿纸张；水浸湿纸张； 气味在空气中扩散；气味在空气中扩散； 谣言的扩散谣言的扩散(?)； 热传导热传导 水杯中的开水冷却；水杯中的开水冷却； 身体温度降低；身体温度降低； 物质混合物质混合 酒精与水混合；酒精与水混合； 氧气与氮气混合；氧气与氮气混合； 挥发挥发 凉晒衣服；凉晒衣服； 樟脑气味的挥发；樟脑气味的挥发； 渗透渗透 水渗透到土壤；水渗透到土壤； 气体渗透到水；气体渗透到水； 溶解溶解 糖、食盐溶解于水；糖、食盐溶解于水； 硫酸溶解于水；硫酸溶解于水； 化学反应化
14、学反应 氧气与氢气的化合；氧气与氢气的化合； 钠钠与与水水反反应应生生产产氢氢氧氧化钠和氢气；化钠和氢气； 1都是不可逆过程 第5节 热力学第二定律 二，热力学第二定律二，热力学第二定律 开尔文勋爵最先提出一个说法：开尔文勋爵最先提出一个说法：“我们不能从物质的任何我们不能从物质的任何部分，用冷却到低于其四周物体最冷温度的方法，借助非生物部分，用冷却到低于其四周物体最冷温度的方法，借助非生物的媒质来产生机械效应的媒质来产生机械效应”。 原名原名W.汤姆孙，汤姆孙，1892年晋升为开尔年晋升为开尔文勋爵文勋爵第5节 热力学第二定律 开尔文勋爵最先提出一个说法：开尔文勋爵最先提出一个说法：“我们不
15、能从物质的任何我们不能从物质的任何部分，用冷却到低于其四周物体最冷温度的方法，借助非生物部分，用冷却到低于其四周物体最冷温度的方法，借助非生物的媒质来产生机械效应的媒质来产生机械效应”。 这个说法被叫做热力学第二定律的开尔文表述：这个说法被叫做热力学第二定律的开尔文表述： 后来，克劳修斯又提出了另一个后来，克劳修斯又提出了另一个表述表述： 不可能从单一热源吸取热量使其全部变成功而不不可能从单一热源吸取热量使其全部变成功而不引起外界的变化。引起外界的变化。 不可能让热量从低温热源传到高温热源而不引起不可能让热量从低温热源传到高温热源而不引起外界的变化。外界的变化。二，热力学第二定律二，热力学第二
16、定律 第5节 热力学第二定律 不可能从单一热源吸取热量使其全部变成功而不不可能从单一热源吸取热量使其全部变成功而不引起外界的变化。引起外界的变化。 不可能让热量从低温热源传到高温热源而不引起不可能让热量从低温热源传到高温热源而不引起外界的变化。外界的变化。等价等价等价等价二，热力学第二定律二，热力学第二定律 第5节 热力学第二定律 不可能从单一热源吸取热量使其全部变成功而不不可能从单一热源吸取热量使其全部变成功而不引起外界的变化。引起外界的变化。 不可能让热量从低温热源传到高温热源而不引起不可能让热量从低温热源传到高温热源而不引起外界的变化。外界的变化。一切热力学过程都是不可逆的 。二，热力学第二定律二，热力学第二定律 一切热力学过程都有方向。第5节 热力学第二定律 二，热力学第二定律二，热力学第二定律 一切热力学过程都是不可逆的 。一切热力学过程都有方向。第5节 热力学第二定律 上上面面的的热热力力学学第第二二定定律律是是用用文文字字表表达达的的，能能不不能能用用数数学学公式表示呢？公式表示呢？ 二，热力学第二定律二，热力学第二定律 一切热力学过程都是不可逆的 。
