7 热力学基础1 12.ppt

四、可逆过程和不可逆过程 可逆过程: 在系统状态变化过程中,如果存在另一过程能使系统和外界完全恢复,而不引起其它变化. 不可逆过程: 在不引起其它变化的条件下 , 不能使逆过程重复正过程的每一状态 , 或者虽然重复但必然会引起其它变化. 注意：不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能将原来正过程的痕迹完全消除。 一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。 b. 不平衡和耗散等因素的存在，是导致过程不可逆的原因，只有当过程中的每一步，系统都无限接近平衡态，而且没有摩擦等耗散因素时，过程才是可逆的。 c.不可逆过程并不是不能在反方向进行的过程，而是当逆过程完成后，对外界的影响不能消除。 a.自然界中一切自发过程都是不可逆过程。 讨论： 实现的条件:过程无限缓慢,没有耗散力作功。无摩擦的准静态过程－如卡诺循环 7-7 卡诺定理 克劳修斯熵 大量的生产实践表明： 当给定系统处于非平衡态时，总要发生从非平衡态向平衡态的自发性过渡； 当给定系统处于平衡态时，系统却不可能发生从平衡态向非平衡态的自发性过渡。 为解决实际过程的方向问题，引入描述平衡态的状态函数—熵，据它的单向变化的性质可判断实际过程的方向。 可逆热机的效率 绝热线与等温线比较 膨胀相同的体积绝热比等温压强下降得快 绝热线 等温线 等温 绝热 绝热线比等温线更陡。 二、绝热方程的推导 联立消去dT 理想气体热力学过程的主要公式 0 0 0 过程 特征 过程方程 吸收热量 对外做功 内能增量 等体V=常量 等压p=常量 等温T=常量 绝热 dQ=0 例:1mol单原子理想气体,由状态a(p1,V1)先等压加热至体积增大一倍，再等容加热至压力增大一倍，最后再经绝热膨胀，使其温度降至初始温度。如图，试求： （ 1）状态d的体积Vd；（2）整个过程对外所作的功;（3）整个过程吸收的热量。 解：（1）根据题意 又根据物态方程 o V p 2p1 p1 V1 2V1 a b c d 再根据绝热方程 （2）先求各分过程的功 o V p 2p1 p1 V1 2V1 a b c d （3）计算整个过程吸收的总热量有两种方法 方法一：根据整个过程吸收的总热量等于各分过程吸收热量的和。 o V p 2p1 p1 V1 2V1 a b c d 方法二：对abcd整个过程应用热力学第一定律： o V p 2p1 p1 V1 2V1 a b c d 例:1mol某理想气体的p-V关系如图所示，由初态a经准静态过程直线ab变到终态b。已知该理想气体的定体摩尔热容量CV,m=3R，求该理想气体在ab过程中的摩尔热容量。 解：ab过程方程为 设该过程的摩尔热容量为Cm o V p a b ? 7-5 循环过程 卡诺循环 物质系统经历任意一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程，简称循环。 循环工作的物质称为工作物质，简称工质。 循环过程的特点：?U=0 若循环的每一阶段都是准静态过程，则此循环在p-V 图上可用一条闭合曲线表示。 p V a b c d 沿顺时针方向进行的循环称为正循环。 沿反时针方向进行的循环称为逆循环。 正循环 工质在整个循环过程中对外作 的净功等于曲线所包围的面积。 整个循环过程： 工质从外界吸收热量的总和为Q1 放给外界的热量总和为Q2 正循环过程是系统将从高温热源吸收的热量中的一部分A净转化为有用功（对外作功），另一部分Q2放回给外界（低温热源放出） p V a b c d 热机:通过工质使热量不断转换为功的机器（正循环）。 工质在高温热源吸收外界热量以增加内能ΔU ，然后将ΔU部分通过作功对外界提供机械能，部分在低温热源对外放热 一、正循环应用：热机 热机的效率 奥托循环 热机效率 工质为燃料与空气的混合物，利用燃料的燃烧热产生巨大压力而作功。 绝热 绝热 锅炉 泵 气缸 冷凝器 蒸汽机中水循环过程 Q吸 水 水蒸汽 废汽 水 Q放 A 高温热源 低温热源 工作原理图 二、致冷系数 工质对外作负功 致冷系数 整个循环过程: 工质从外界吸收热量的总和为Q2 放给外界的热量总和为Q1 工质把从低温热源吸收的热量和外界对它所作的功以热量的形式传给高温热源。 应用：电冰箱 例:有一卡诺制冷机，从温度为-100C的冷藏室吸取热量，而向温度为200C的物体放出热量。设该制冷机所耗功率为15kW，问每分钟从冷藏室吸取热量为多少？ 每分钟作功为 所以每分钟作功从冷藏室中吸取的热量为 此时,每分钟向温度为200C的物体放出的热量为 解:T1=293K,T2=263K,则 例:内燃机的循环之一-奥托循环.内燃机利用液体或气体燃料,直接在气缸中燃烧,产生巨大的压强而