熱力學基礎(chǔ)ppt課件-文庫吧資料
2025-01-23 07:54本頁面
【正文】 學第二定律的兩種表述 不可能制作一種 循環(huán)動作 熱機，只從 單一熱源 吸熱量，使其完全變?yōu)橛杏霉?，?不引起其他變化 。 熱力學第二定律 問題 : 熱力學第一定律 : 一切熱力學過程都應(yīng)滿足能量守恒。 p d a b c Q2 Q1 0 V1 V4 V2 V3 v T1 T2 等溫線上吸熱和放熱 1211 ln VVRTMMQm o l?4322 ln VVRTMMQm o l?兩條絕熱線 132121 ?? ?? ?? VTVTcb111142 ?? ?? ?? VTVTad 4312VVVV ?? 121Q ???121432121VVlnRTMMVVlnRTMMVVlnRTMMm o lm o lm o l??12121 1TTTTT ?????(1)要完成一次卡諾循環(huán)必須有溫度一定的高溫和低溫兩個熱源； (2)卡諾循環(huán)的效率只與兩個熱源溫度有關(guān)； T1?， T2? ? ?? ， 實際上是 ? T1 (3) T1≠∞,T2 ≠0，故 ?不可能等于 1或大于 1 (4)可以證明：在相同高溫熱源和低溫熱源之間工作的一切熱機中，卡諾熱機的效率最高． p d a b c Q2 Q1 0 V1 V4 V2 V3 v T1 T2 致冷系數(shù) 212212TTTQe????若 T1 = 293 K(室溫 ) T2 273 223 100 5 1 e 可見 ,低溫熱源的溫度 T2 越低 ,則致冷系數(shù) e越小 , 致冷越困難。 致冷系數(shù) : 2122|| QWQe??? 凈 奧托循環(huán) 例 63內(nèi)燃機的一種循環(huán)叫作奧托 (Otto)循環(huán)，其工質(zhì)為燃料與空氣的混合物，利用燃料的燃燒熱產(chǎn)生巨大壓力而做功．圖615為一內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)示意圖和它作四沖程循環(huán)的 pV圖．其中(1)ab為絕熱壓縮過程； (2)bc為電火花引起燃料爆炸瞬間的等容過程； (3)cd為絕熱膨脹對外做功過程； (4)da為打開排氣閥瞬間的等容過程．在 bc過程中工質(zhì)吸取燃料的燃燒熱 Q1， da過程排出廢氣帶走了熱量 Q2，奧托循環(huán)的效率決定于汽缸活塞的壓縮比 V2/V1，試計算其熱機效率． 解 氣體在等容升壓過程 bc中吸熱 Q1，在等容降壓過程 da中放熱Q2， Q1和 Q2大小分別為 熱機效率為 1 = ( )V m c bm o lMQ C T TM ?， 2 = ( )V m d am o lMQ C T TM ?，2111 dacbTT T T??? ? ? ??因為 cd和 ab均為絕熱過程 1112cdT V T V??－ －＝ 1112baT V T V??－ －＝兩式相減，得 1112( ) ( )c b d aT T V T T V??－ －－ ＝ －121cbdaTT VT T V? ????? ?????得 于是得 12111VV?? ?????????111?? ? ???令 稱為壓縮比，則有 21VV? ? 冰箱循環(huán)示意圖 三 .卡諾循環(huán) 工質(zhì)在兩個恒定的熱源 (T1＞ T2)之間工作的準靜態(tài)循環(huán)過程。 物理方法 Tknp ?P V A(PAVA T) 絕熱線 等溫線 (P2V2 T) (P3V2 T3) V1 V2 P ?從 A點沿等溫膨脹過程 V↑→ n↓→p↓ （注意絕熱線上各點溫度不同） ? 從 A點沿絕熱膨脹過程 V↑→ n↓→p↓ 且因絕熱對外做功 E↓→ T↓→ p↓ ? p3 p２ . CVpVppV ??? ??? 2211???VVpp111 ????? 21VV pdVA rVV VdVVp ?? ? 2111? )11(1 111211?? ???? ???? VVVp)(1121111 ???? ??????VVVpA ＝112221111????? ????????? VVpVVp12211?????VpVpA 例 61 有 2 mol氦氣，由初始狀態(tài) a(T1， V1)等壓加熱至體積增大 1倍，再經(jīng)絕熱膨脹，使其溫度降至初始溫度，如圖 611所示．把氦氣視為理想氣體，試求： (1)整個過程氦氣吸收的熱量． (2)氦氣所做的總功是多少． 解 :(1)根據(jù)狀態(tài)方程有 12abVVTT?1112 2bVT T TV??各過程吸收的熱量為 , m 1 1 13( ) 2 ( 2 ) 32a b p b aQ C T T R T T R T?? ? ? ? ? ?0bcQ ?整個過程吸收的總熱量 13a b b cQ Q Q R T? ? ? (2)對整個過程應(yīng)用熱力學第一定律 依題意， Ta＝ Tc，故 ΔE＝ 0，總功為 13W Q R T??Q＝ ΔE＋ W 例 62 1 mol雙原子分子理想氣體的 pV關(guān)系如圖所示，由初態(tài) A(p1， V1)經(jīng)準靜態(tài)過程直線變到終態(tài) B(p2， V2)．試求該理想氣體在 A→B過程中： (1)內(nèi)能增量． (2)對外界所做的功． (3)吸收的熱量． (4)A→B過程的摩爾熱容． 解 (1)內(nèi)能增量 , 2 1 2 2 1 15= ( ) ( )2VmE C T T p V p V? ? ? ?(2)A→B過程所做的功為曲線下梯形面積，故 1 2 2 11 ( ) ( )2W p p V V＝ ＋ －因 AB為過原點的直線，根據(jù)相似三角形有 p1V2＝ p2V1，則 2 2 1 11 ()2W p V p V＝ － (3)由熱力學第一定律，吸收的熱量為 2 2 1 13 ( )Q E W p V p V?＝ ＋ ＝ －(4)根據(jù)狀態(tài)方程，熱量可寫成 213 ( )Q R T T＝ －對于 A→B過程中，任一微小狀態(tài)變化均應(yīng)有 d 3 dQ R T＝由摩爾熱容定義
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