热力学第一定律和循环讲解
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提高 途径，升高T1, 降低T2
17/28
2) 逆循环致冷系数
高温T1
pp 1
T1 T2
Q1= A+ Q2
2
A Q2 低温T2
4
T2
OБайду номын сангаас
3
V
等温过程： 2 1 43
Q1
A1
M
RT1ln
V2 V1
Q2
M
RT2ln
V3 V4
绝热过程：
32 1 4
T1V2r1 T2V3r1 T1V1r1 T2V4r1
可持续发展战略：
以生态环境良性循环为基础的发展，不牺牲后代人 发展条件的发展。
基本国策之一
11/28
二、卡诺循环
卡诺：具有科学家素质的工程师。 “为了最完整地研究由热得到动力的道理，必须不依赖于任 何特定机构和任何特殊的工作物质，必须使所进行的讨论不仅 适合于蒸汽机，而且可以应用于一切可以想象的热机，不管它 们用的什么物质，也不管它们如何动作。”
T1 Q1
A=Q1-Q2 Q2 T2
5/28
实例：电冰箱
Q1 A
Q2
能量转换：
致冷系数：
w Q2 A
从低温热源吸热
Q 2
（效果）
向高温热源放热
外界对系统做功 A （代价） Q1 Q2 A
注意：这里的Q2 仅是循环过程中系统从冷库吸收的热 量 —— 衡量致冷的效力
6/28
介绍： 空调机的循环 — 致冷机与热泵原理的结合 压缩机作功，吸热传向高温热源
1.研究循环过程的理想模型 —— 卡诺循环
思考：试设想最简单的循环模型
p
p
是否最简单？
O
V
O
V
循环图形看似简单，实际上复杂，要无穷多个热源才
能得以实现。
12/28
卡诺循环：工质只与两个恒温热源交换能量的准静态循环 卡诺正循环或卡诺逆循环 1) 与两个恒温热源交换能量（两个等温过程） 2) 不与其他热源交换能量（两个绝热过程）
如何在 p–V 图中表示？
特点
简单：只需要
两个热源
绝热
绝热 重要：可以组
成任何一种循
环
13/28
卡诺循环过程：
高温T1 Q1
例如 正循环
Q2 A = Q1 -Q2
绝热
绝热
低温T2
A B 等温膨胀 从T1吸热 B C 绝热膨胀对外作功，内能降低
C D 等温压缩 向T2放热 D A 绝热压缩外界作功，内能升高
9/28
介绍：确立新的自然观—20世纪人类最重要的发现之一 人类自然观的三个阶段
原始社会： 视自然为神灵，人是自然的奴隶
生产力提高，科技发展
农业社会 工业社会
认识到人对自然的能动作用 人是自然 的主人，改造自然，人定胜天
人口激增，资源枯竭，环境恶化
新自然观
10/28
新自然观： 人归根到底是自然的一部分，人的能力是自然力 的一部分，人类的未来最终要取决于自然的未来。 人既不能满足于做自然的奴隶，也不能希求作为 自然的主宰，而要关心、保护生态环境，与自然 共生、共荣、和谐发展。
季节 作用 低温热源 高温热源 效果
夏天 冬天
冷泵（A) 热泵（A)
房间 (Q ) 2
大气 (Q ) 2
大气
(Q 1
室内降温
)（对房间致冷）
室内升温
房间(Q ) 1
(对大气致冷)
Q2 夏天 A
Q1
Q1 冬天
A
Q2
7/28
介绍： 保护臭氧层
臭氧 (o3 )层：地面上空 20-50 km 的同温层中
作用：保护地球表面免受某些具有破坏性的紫外线 辐射，控制地球气温（散热片）
向低温热源放热 Q 2
从高温热源吸热 Q （可能不止一个） 1
（可能不止一个）
对外做功 A净 Q净 Q1 Q2
代价
效果
热机效率: A净 Q1 Q2 1 Q2
Q吸
Q1
Q1
4/28
4. 逆循环及致冷系数
p
b
a 净逆功 c
d
O
V1
V2 V
特点： Q净 A净 0
致冷机的循环： 外界对系统做功 —— 系统向外界放热
第四节 循环过程 卡诺循环
热力学：紧密围绕热机的研究和应用——工作物质 重复进行某些过程，不断吸热做功。
一、循环过程 1. 定义：系统经历一系列变化后又回到初始状态的整
个过程叫循环过程。
准静态循环过程 ：相图中的闭合曲线
p 正
O
顺时针：正循环 逆
逆时针：逆循环
V
1/28
2. 共同特征
E 0 热力学第一定律：Q净 A净
V2 V3
V1 V4
18/28
w
Q2 A
Q2 Q1 Q2
M
M
RT2
ln V3 V4
R
T1
ln
V2 V1
M
R
T2
ln
V3 V4
w T2 T1 T2
T2 , w : 要从温度越低的低温热源中吸热, 就要消耗更多的功。
19/28
注意
A净 1 Q2
氟里昂对臭氧层的破坏
用F , Cl, Br 部分或全部取代碳氢化合物中的氢,
生成的化合物。如 : C Cl2F2
引起公害
Cl O3 ClO O2 ClO O Cl O2
游离氧原子 循环反应,
破 坏O3分 子
8/28
紫外线辐射增强
晒斑，雪盲，视力损害，皮肤癌，白内障……
后果
植物生长率下降，海洋生物减少
O
3
V
23 4 1
T1V2r1 T2V3r1 T1V1r1 T2V4r1
V2 V3 V1 V4
16/28
Q1 | Q2 |
Q1
M
RT1ln
V2 V1
M
RT2ln
V3 V4
M
RT1ln
V2 V1
T1 T2 T1
1 T2 T1
1 T2
T1
仅由T1 ,T2决定
T1 T2 0 1
3. 正循环及其效率
p
b
T1
a 净正正功 c
负功d功
O V1
V2 V
特征： Q净 A净 0
热机的循环:
T2
从外界吸热—对外做功
A
2/28
实例：蒸汽机的循环
A净 A1 A2 Q净 Q1 Q2
效率: A净
Q吸
Q1 Q2
Q1
A2
1 Q2 Q1
Q1 A1
Q2
3/28
热机的能量转换:
14/28
思考： SBC , SDA之 间 的 关 系 ？
pＡ
B
Ｄ
C
QBC QDA 0
EBC EDA A
SBC SDA
15/28
2. 理想气体的卡诺循环 1) 正循环效率
等温过程：
1 2
Q1
A1
M
RT1ln
V2 V1
34
| Q2
|
M
RT2ln
V3 V4
绝热过程：
p1
T1 T2
2
4
T2
温室效应 (CO2 70% ; 氟里昂30%）
气候异常，农业、畜牧业受损，国土干燥化，北极冰帽 熔化，海平面上升，大陆被淹……
英国科学家提出：
用飞行器在地球大气层 上部拉开一张巨型金属 网，阻挡阳光直达地面
美国科学家提出：在太空安装d=2000km的巨型反射镜，面 向太阳，拒阳光于数百万千米之外。
设想效果：阻挡1％阳光，使地球降温。保护100km2土地。
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2) 逆循环致冷系数
高温T1
pp 1
T1 T2
Q1= A+ Q2
2
A Q2 低温T2
4
T2
OБайду номын сангаас
3
V
等温过程： 2 1 43
Q1
A1
M
RT1ln
V2 V1
Q2
M
RT2ln
V3 V4
绝热过程：
32 1 4
T1V2r1 T2V3r1 T1V1r1 T2V4r1
可持续发展战略：
以生态环境良性循环为基础的发展，不牺牲后代人 发展条件的发展。
基本国策之一
11/28
二、卡诺循环
卡诺：具有科学家素质的工程师。 “为了最完整地研究由热得到动力的道理，必须不依赖于任 何特定机构和任何特殊的工作物质，必须使所进行的讨论不仅 适合于蒸汽机，而且可以应用于一切可以想象的热机，不管它 们用的什么物质，也不管它们如何动作。”
T1 Q1
A=Q1-Q2 Q2 T2
5/28
实例：电冰箱
Q1 A
Q2
能量转换：
致冷系数：
w Q2 A
从低温热源吸热
Q 2
（效果）
向高温热源放热
外界对系统做功 A （代价） Q1 Q2 A
注意：这里的Q2 仅是循环过程中系统从冷库吸收的热 量 —— 衡量致冷的效力
6/28
介绍： 空调机的循环 — 致冷机与热泵原理的结合 压缩机作功，吸热传向高温热源
1.研究循环过程的理想模型 —— 卡诺循环
思考：试设想最简单的循环模型
p
p
是否最简单？
O
V
O
V
循环图形看似简单，实际上复杂，要无穷多个热源才
能得以实现。
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卡诺循环：工质只与两个恒温热源交换能量的准静态循环 卡诺正循环或卡诺逆循环 1) 与两个恒温热源交换能量（两个等温过程） 2) 不与其他热源交换能量（两个绝热过程）
如何在 p–V 图中表示？
特点
简单：只需要
两个热源
绝热
绝热 重要：可以组
成任何一种循
环
13/28
卡诺循环过程：
高温T1 Q1
例如 正循环
Q2 A = Q1 -Q2
绝热
绝热
低温T2
A B 等温膨胀 从T1吸热 B C 绝热膨胀对外作功，内能降低
C D 等温压缩 向T2放热 D A 绝热压缩外界作功，内能升高
9/28
介绍：确立新的自然观—20世纪人类最重要的发现之一 人类自然观的三个阶段
原始社会： 视自然为神灵，人是自然的奴隶
生产力提高，科技发展
农业社会 工业社会
认识到人对自然的能动作用 人是自然 的主人，改造自然，人定胜天
人口激增，资源枯竭，环境恶化
新自然观
10/28
新自然观： 人归根到底是自然的一部分，人的能力是自然力 的一部分，人类的未来最终要取决于自然的未来。 人既不能满足于做自然的奴隶，也不能希求作为 自然的主宰，而要关心、保护生态环境，与自然 共生、共荣、和谐发展。
季节 作用 低温热源 高温热源 效果
夏天 冬天
冷泵（A) 热泵（A)
房间 (Q ) 2
大气 (Q ) 2
大气
(Q 1
室内降温
)（对房间致冷）
室内升温
房间(Q ) 1
(对大气致冷)
Q2 夏天 A
Q1
Q1 冬天
A
Q2
7/28
介绍： 保护臭氧层
臭氧 (o3 )层：地面上空 20-50 km 的同温层中
作用：保护地球表面免受某些具有破坏性的紫外线 辐射，控制地球气温（散热片）
向低温热源放热 Q 2
从高温热源吸热 Q （可能不止一个） 1
（可能不止一个）
对外做功 A净 Q净 Q1 Q2
代价
效果
热机效率: A净 Q1 Q2 1 Q2
Q吸
Q1
Q1
4/28
4. 逆循环及致冷系数
p
b
a 净逆功 c
d
O
V1
V2 V
特点： Q净 A净 0
致冷机的循环： 外界对系统做功 —— 系统向外界放热
第四节 循环过程 卡诺循环
热力学：紧密围绕热机的研究和应用——工作物质 重复进行某些过程，不断吸热做功。
一、循环过程 1. 定义：系统经历一系列变化后又回到初始状态的整
个过程叫循环过程。
准静态循环过程 ：相图中的闭合曲线
p 正
O
顺时针：正循环 逆
逆时针：逆循环
V
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2. 共同特征
E 0 热力学第一定律：Q净 A净
V2 V3
V1 V4
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w
Q2 A
Q2 Q1 Q2
M
M
RT2
ln V3 V4
R
T1
ln
V2 V1
M
R
T2
ln
V3 V4
w T2 T1 T2
T2 , w : 要从温度越低的低温热源中吸热, 就要消耗更多的功。
19/28
注意
A净 1 Q2
氟里昂对臭氧层的破坏
用F , Cl, Br 部分或全部取代碳氢化合物中的氢,
生成的化合物。如 : C Cl2F2
引起公害
Cl O3 ClO O2 ClO O Cl O2
游离氧原子 循环反应,
破 坏O3分 子
8/28
紫外线辐射增强
晒斑，雪盲，视力损害，皮肤癌，白内障……
后果
植物生长率下降，海洋生物减少
O
3
V
23 4 1
T1V2r1 T2V3r1 T1V1r1 T2V4r1
V2 V3 V1 V4
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Q1 | Q2 |
Q1
M
RT1ln
V2 V1
M
RT2ln
V3 V4
M
RT1ln
V2 V1
T1 T2 T1
1 T2 T1
1 T2
T1
仅由T1 ,T2决定
T1 T2 0 1
3. 正循环及其效率
p
b
T1
a 净正正功 c
负功d功
O V1
V2 V
特征： Q净 A净 0
热机的循环:
T2
从外界吸热—对外做功
A
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实例：蒸汽机的循环
A净 A1 A2 Q净 Q1 Q2
效率: A净
Q吸
Q1 Q2
Q1
A2
1 Q2 Q1
Q1 A1
Q2
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热机的能量转换:
14/28
思考： SBC , SDA之 间 的 关 系 ？
pＡ
B
Ｄ
C
QBC QDA 0
EBC EDA A
SBC SDA
15/28
2. 理想气体的卡诺循环 1) 正循环效率
等温过程：
1 2
Q1
A1
M
RT1ln
V2 V1
34
| Q2
|
M
RT2ln
V3 V4
绝热过程：
p1
T1 T2
2
4
T2
温室效应 (CO2 70% ; 氟里昂30%）
气候异常，农业、畜牧业受损，国土干燥化，北极冰帽 熔化，海平面上升，大陆被淹……
英国科学家提出：
用飞行器在地球大气层 上部拉开一张巨型金属 网，阻挡阳光直达地面
美国科学家提出：在太空安装d=2000km的巨型反射镜，面 向太阳，拒阳光于数百万千米之外。
设想效果：阻挡1％阳光，使地球降温。保护100km2土地。