第3节热循环热力学第二定律.ppt

* 第3节 热循环 热力学第二定律 * 热机发展简介 各种热机的效率: 液体燃料火箭 柴油机 汽油机 蒸汽机 1698年塞维利、1705年纽可门先后发明了蒸汽机,当时蒸汽机的效率极低. 1765年瓦特进行了重大改进, 大大提高了效率. 人们一直在为提高热机的效率而努力,从理论上研究热机效率问题, 1824年法国青年卡诺提出了著名的卡诺定理。一方面指明了提高效率的方向, 另一方面也推动了热学理论的发展. 涡轮增压发动机——发展方向 系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程 . 热力学第一定律 净功 特征 一、循环过程 总放热Q2 （取绝对值） 总吸热Q1 A B 热机 ：持续地将热量转变为功的机器. 工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质. 制冷机—冰箱循环 热机 二、热机效率 制冷机的制冷系数 热机效率 高温热源 低温热源 热机（正循环） A B 制冷机制冷系数 制冷机 高温热源 低温热源 A B 制冷机（逆循环） 物理意义:单位功从低温热源向高温热源输送的热量 【例题6-3】1 mol某单原子分子理想气体进行如图所示的循环过程，其中AB是等温过程、BC是等体过程、CA是绝热过程，已知气体在状态A时的温度为TA=300K，求：(1)该循环的循环效率；(2)ACBA循环的制冷系数。 V/m3 1 3 A B C p/Pa O 解:(1) A—B等温过程 B—C等体过程 C—A绝热过程 （2）逆循环ACBA为制冷过程 据热机效率与制冷系数的关系 V/m3 1 3 A B C p/Pa O 1 4 2 3 【补充例题】1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其中 , 求1—2、2—3、3—4、4—1各过程中气体吸收的热量和效率?逆循环的制冷系数? 解: 由理想气体物态方程得 1 4 2 3 三、卡诺循环 1824 年法国的年青工程师卡诺(28岁)提出，工作在两热源之间的理想循环—卡诺循环. 给出了热机效率的理论极限值; 他还提出了著名的卡诺定理. 萨迪.卡诺 1812年，卡诺考入巴黎理工学院，在那里受教于泊松、盖·吕萨克、安培、阿拉果等一批卓有成就的老师。1819年，他考上了巴黎总参谋军团。后弃军继续搞研究！ 卡诺受父亲革命思想的影响至深，以致使他不满时局而与时代格格不入！ 1832年6月, 他患了猩红热, 不久后转为脑炎，他的身体受到很大的伤害。后来他又染上了流行性霍乱，于同年8月24日去世。卡诺去世时年仅36岁！其弟弟整理了他的著作。一颗新星就这样陨落了！ 卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成 . 低温热源 高温热源 卡诺热机 W A B C D W A B C D 1. 卡诺循环热机效率 A — B 等温膨胀 B — C 绝热膨胀 C — D 等温压缩 D — A 绝热压缩 卡诺循环 A — B 等温膨胀吸热 C — D 等温压缩放热 W A B C D D — A 绝热过程 B — C 绝热过程 卡诺热机效率 W A B C D 结论：工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高. W A B C D 高温热源 低温热源 卡诺制冷机 2. 卡诺制冷机（卡诺逆循环） 卡诺制冷机制冷系数 解:(1) 【例题6-6】用卡诺制冷机将质量M=1.00kg、温度为0℃的水变成温度为0℃的冰，冰的熔解热为 ，环境温度为27℃。试求:(1)制冷机的制冷系数？(2)需要对制冷机做多少功？(3)制冷机向温度为27℃的周围环境放出多少热量？ 卡诺制冷机 （2）由卡诺循环定义式知，外界对制冷机做功 （3）制冷机向高温热源放热 或 （1）开尔文说法：不可能制造出这样一种循环工作的热机，只从单一热源吸收热量全部对外做功，而不产生其他影响（或不使外界发生任何变化）。 (一)热力学第二定律的提出 （1）功热转换的条件第一定律无法说明。 （2）热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题第一定律无法说明。 （二）热力学第二定律的两种表述 四、如何理解热力学第二定律？ 等温膨胀过程是从单一热源吸热做功，而不放出热量给其它物体,但它非循环过程. 1 2 W W 低温热源 高温热源 卡诺热机 W A B C D 卡诺循环是循环过程,但需两个热源,且使外界发生变化. 虽然卡诺制冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界做功且使环境发生变化。 （2）克劳修斯说法：不可能把热