大学物理(1)04循环过程

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1、循环过程1一、几个概念1.什么是循环过程热力学系统经历了一系列热力学过程后又回到初始状态，这个过程为循环过程。2.准静态循环过程整个循环过程都是由准静态过程构成的，这个过程为准静态循环过程。过程可以表示为一条封闭的曲线。3.准静循环过程的特点经过一个循环，内能不变。循环曲线所包围的面积为系统做的净功。24.正循环与逆循环正循环循环曲线顺时针。系统吸热，对外做正功；返回时，系统放热，对外做负功；循环面积为正值。表示系统对外作正功。正循环热机逆循环制冷机循环曲线逆时针。系统吸热，对外做正功；返回时，系统放热，对外做负功

2、；循环面积为负值。一个循环完成后内能不变3二、热机效率1.什么是热机把热能转换成机械能的装置称为热机，如蒸汽机、汽车发动机等。2.热机工作的条件需要一定工作物质。需至少要两个热源。热机是正循环工作的。正循环43.工作示意图高温热源T1低温热源T2热机从高温热源吸取热量，一部分转变成功，另一部分放到低温热源。4.热机效率由能量守恒如果从高温源吸取的热量转变成功越多，则热机效率就越高。5热机效率通常用百分数来表示。例如：汽车发动机气缸活塞，从喷油嘴中喷出油雾，火花塞点火汽油燃烧，体积迅速膨胀，从燃烧的汽油中吸取热量，一

3、部分对外作功，带动发动机转动，另一部分热量排放到大气（低温源）中。播放动画6三、致冷机致冷机是逆循环工作的，是通过外界作功将低温源的热量传递到高温源中。使低温源温度降低。逆循环例如：电冰箱、空调都属于致冷机。7高温热源T1低温热源T21.工作示意图致冷机是通过外界作功将低温源的热量传递到高温源中，使低温源温度降低。2.致冷系数如果外界做一定的功，从低温源吸取的热量越多，致冷效率越大。室外室内8由能量守恒电冰箱的工作物质为氟里昂12(CCL2F2)，氟里昂对大气的臭氧层有破坏的作用，2005年我国将停止使用氟里昂作致

4、冷剂。以保护臭氧层。溴化锂致冷和半导体致冷已进入市场。9例1：一热机以1mol双原子分子气体为工作物质，循环曲线如图所示，其中AB为等温过程，TA=1300K，TC=300K。求①.各过程的内能增量、功、和热量；②.热机效率。解：①A-B为等温膨胀过程由Pc=PB得1.1510B-C为等压压缩过程吸热11放热12或由热力学第一定律C-A为等容升压过程放热13②.热机效率一个循环中的内能增量为：经过一个循环内能不变。吸热1415§3-7卡诺循环161.卡诺循环是由两个等温过程和两个绝过程组成的循环。2.需要两个热源，

5、高温源T1和低温源T2。3.不计摩擦、热损失及漏气，视为理想热机。4.热机效率为动画171-2等温膨胀过程吸热3-4等温收缩过程放热182-3与4-1为绝热过程192-3绝热膨胀过程4-1绝热收缩过程上两式相比即20二、讨论1.卡诺机必须有两个热源。热机效率与工作物质无关，只与两热源温度有关。212.热机效率不能大于1或等于1，只能小于1。如果为1则现在的技术还不能达到绝对0K；或这是不能实现的，因此热机效率只能小于1。如果大于1，A>Q吸则违反了能量守恒定律。223.提高热机效率的方法。使越小越好，但低温热源的温

6、度为外界大气的温度不宜人为地改变，只能提高高温热源温度。现在已开发出陶瓷发动机，其良好的绝热性能可保持高温热源的温度。4、卡诺循环做逆时针向运行时系统作制冷循环。制冷系数为ω=　T2/(T1-T2)。制冷系数ω可以大于1,高低温热源温差大时制冷效果差。23第四章热力学第二定律24一、自然过程的方向性实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的。例如：气体的绝热自由膨胀过程。热传导过程，热功转换过程这些典型例子说明自然界的实际过程是按一定的方向进行的，相反方向的过程不能自动发生，或者说，如果可以发生，则

7、必然引起其它后果。（如：要使气体回到A侧，外力必须做功）热力学第一定律无法对这类问题作出解释，需要一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即热力学第二定律来解释。25热力学第一定律阐明了热力学过程应满足能量守恒定律，热力学第二定律不违反热力学第一定律，阐明热力学过程进行的方向和限度。热力学第二定律有两种表述：开尔文表述和克劳修斯表述。一、开尔文表述1851年开尔文总结出热力学对循环过程进行的限制。26不可能制造出一种只从单一热源吸取热量，使其全部转变成功而不引起其它变化的循环工作的热机。第二类永动机不能制成。高温

8、热源T1=0由于=1是不可能的，第二类永动机（单热源热机）不能制成。27热功开尔文表述阐明了热力学过程进行的限制。20世纪40年代，有人估计将海水降低0.1ºC，所获得的能量可使全世界的工厂开动1700年。二、克劳修斯表述阐明了热力学过程进行的方向。28热量不能自动地从低温热源传到高温热源而不引起其它的变化。高温热源T1低温热源T2热力学过程是有方向性的