大学物理讲课课件

Q1
W
Q2

三、致冷机 —通过逆循环 外界对系统作功，把热量从低 温传到高温的机器
高温热源
W
P
Q1
Q1
致冷机
低温热源
Q,W 取正值
Q2
Q2
Q1 高温放热 Q2 低温吸热
V
致冷机希望作功少，提取热量多。故定义：
致冷系数
Q2 Q2 e W Q1 Q2

四、卡诺循环 为研究提高热机效率而提出的一种理想循环 由两个等温过程和两个绝热过程组成 .
Q2
V
卡=50 ，
实际 =20 。

卡诺逆循环 (致冷机)
P
A（P1V1T1）
Q1
高温热源
B（P2V2T1）
W
Q1
致冷机
D（P4V4T2）
Q2
其致冷系数
C（P3V3T2）
V
低温热源
Q2
Q2 Q2 T2 e W Q1 Q2 T1 T2
T2越小,致冷系数低.
即低温热源的温度越低消耗的功就越多.

四）
卡诺定理
1） 在相同高温热源和低温热源之间工作一切可逆机
，不论用什么工作物质，都具有相同的效率 .
T2 1 T1
2） 在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机
的效率都不可能高于（实际上是小于）可逆机的效率 .
T1 T2 T1
( 不可逆机 ) （可逆机）

提高热机效率的两条途径：
Q2 Qbc Qca =850J
Q2 =1=11% Q1

例5. mol氦气，经图示循环。 ab 、cd为 等压过程， bc、da为等体过程。求：=?
( CV , m 3 R ) 2
2 1 0
p(105Pa)
a
d 1
b
c
V(10–3m3)
解： ab 吸热， bc cd 放热， da
A
B
不产生其他任何影响
可逆过程
不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能使逆
过程重复正过程的每一状态，或者虽能 重 复但必然会引起其他变化， A A B B 伴有其他影响
不可逆过程

（1）不计阻力的单摆运动 单纯的无耗散的机械运动是可逆过程。 （2）准静态过程
无摩擦准静态过程为可逆过程
（3）非准静态过程 不可逆过程 . （4）功、热转换 （5）热传递 结论： 一切实际过程都是不可逆过程 可逆过程是理想化的过程。 不可逆过程
TV
1
c
1
P
A（P1V1T1）
BC过程 T1V2 T2V3 1 DA过程 T V 1 T V 1 D（P4V4T2） 1 1 2 4
Q1
B（P2V2T1） C（P3V3T2）
V2 V3 V1 V4 V3 T2 ln T2 V4 1 1 V2 T1 T1 ln V1 讨论: 1) 卡诺循环的效率只与温度有关 2)卡诺循环的效率小于1； 3)指出了提高热机效率的方向 提高温度差;(提高高温热源的温度) 例如： 水蒸气T1=600K， 冷凝水T2=300K；
12-3 循环过程和卡诺循环
主讲教师：刘秀英
作业：习题册P88, 63-66题

12-3 循环过程和卡诺循环
一、循环过程
1.定义： 物质系统经历一系列变化过程又回到初始状态 的过程。 2. 工作物质： 循环工作的物质系统，简称工质。 循环过程的特点： E=0 若循环的每一阶段都是准静态过 程，则此循环可用p-V 图上的一 条闭合曲线表示。
p a b
d
c
V
沿顺时针方向进行的循环称为正循环。
沿逆时针方向进行的循环称为逆循环。

循环过程AcBdA---正循环 特征 热一律 过程AcB 过程BdA
p
A
E 0 Q W
对外做功 外界做功
c
W
d
B
o
p
VA
VB V
循环过程
对外做净功 =循环所包围面积
A
循环过程AdBcA---逆循环
过程AdB
1. 使循环尽可能接近于可逆循环 可通过减少摩擦、阻力等不可逆因素来实现 2. 尽量提高高温热源和低温热源的温度差 提高高温热源的温度

1．关于可逆过程和不可逆过程有以下几种说法：
(1) 可逆过程一定是平衡过程． (2) 平衡过程一定是可逆过程．
(3) 不可逆过程发生后一定找不到另一过程使系统和外界同 时复原．
Eab m i R(Tb Ta ) 3 ( PV b b PV a a) M 2 2
P(105Pa) 3 a 1
b
1
c 2
0
V(10–3m3)
750 J
Qab Eab Wab =950J
bc
Wbc=0 m i 3 600 J Qbc Ebc R(Tc Tb ) ( PV c c PV b b) M 2 2 c a Wca=Pa(Va-Vc) =-100J

二、热机 通过正循环不断把热量转换为功的机器。
水在锅炉内加热，产生高温高压气体（吸热过程），进入气缸推动 活塞对外作功（内能减少），之后进入冷凝器向低温热源放热，水 入锅炉，进入第二循环…...。

二、热机 通过正循环不断把热量转换为功的机器。
水在锅炉内加热，产生高温高压气体（吸热过程），进入气缸推动 活塞对外作功（内能减少），之后进入冷凝器向低温热源放热，水 入锅炉，进入第二循环…...。
QAB
D（P4V4T2）
Q2
V
m V4 QCD RT2 ln 0 C----D：等温压缩放热 M V3 V3 m RT2 ln Q1 QAB Q2 QCD QCD M V4 V3 T ln 2 Q1 Q2 Q2 V4 1 1 Q1 V2 Q1 T1 ln V
卡诺正循环 (热机)
P
A（P1V1T1)
Q1
B（P2V2T1）
D（P4V4T2）
Q2
效率：
W Q1 Q2 Q1 Q1
C（P3V3T2）
V
效率：
Q1 Q2 Q1
m V2 RT1 ln M V1
P
A（P1V1T1）
Q1
B（P2V2T1） C（P3V3T2）
A----B：等温膨胀吸热
(4) 非平衡过程一定是不可逆过程．
以上说法，正确的是：
(A) (1)、(2)、(3)． (B) (2)、(3)、(4)． (4)． (D) (1)、(2)、(3) 、(4)． (C) (1)、(3)、
答案：C

2．有人设计一台卡诺热机(可逆的)．每循环 一次可从 400 K的高温热源吸热1800 J， 向 300 K的低温热源放热 800 J．同时对外 作功1000 J，这样的设计是
热机必须有
工作物质、 高温热源（锅炉） 低温热源（冷凝器）
高温热源
Q1
热机
P
Q1 高温吸热 Q2 低温放热
Q1
W
Q2
低温热源
热机的效率 大量事实证明
W,Q 取正值
Q2
V
Q2 W Q1 Q2 1 Q1 Q1 Q1 1
三、致冷机 —通过逆循环 外界对系统作功，把热量从低 温传到高温的机器

2）克劳修斯表述 高温热源（T1） 不可能把热量从低温物体传到 高温物体而不引起其他变化 .
低温热源（T2） 3）两种表述的等价性 证法：违反了开尔文表述也就违反了克劳修斯表述 违反了克劳修斯表述也就违反了开尔文表述。 高温热源（T1） 高温热源（T1） Q1+Q2 致冷机 Q2 低温热源（T2） Q2 低温热源（T2）
W Q1 Q2 W Q1
§12—4 热力学第二定律
引言：凡符合热一律的过程是否都能实现呢？ 一）热力学过程的方向性
功热转换的方向性
功 功 自 动
热传导的方向性
高温
低温
热
热 气体自由膨胀的方向性
自动

二）可逆过程与不可逆过程 可逆过程: 在系统状态变化过程中,如果逆过程能重复 正 过程的每一状态, 而不引起其他变化,
(A) 可以的，符合热力学第一定律． (B) 可以的，符合热力学第二定律． (C) 不行的，卡诺循环所作的功不能大于向低温热源 放出的热量． (D) 不行的，这个热机的效率超过理论值．
答案：D

3. 根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的．
(A) 热量能从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高 温物体．
T2 300 30 解： (1) 制冷系数： e T1 T2 310 300 Q2 2000t 2000 e P 66.7 W Pt 30 T2 270 e T1 T2 300 270 9 每秒从室外吸热 Q2 eW eP 600 J
(2)
Q1
热机
W
Q2
高温热源（T1） Q1 Q2 W 热机 Q2
Q2
高温热源（T1） Q1-Q2 W=Q1-Q2 热机
开尔文说法与克劳修 斯说法具有等效性 .
低温热源（T2）
热力学第二定律可有多种说法，每一种说法都反映 了自然界过程进行的方向性 . 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 .
热力学第二定律是大量实验和经验的总结.
(C) ′, Q < Q′. (D) ′, Q > Q′.
p a' b' b d d' O c&#示：
T 1 2 T1
a
W Q1

例:3．(1) 夏天室外37 ℃ ，为保持室内凉爽(27 ℃)， 须将热量以2000 J/s排出室外，求卡诺致冷机的最小 功率P。 (2) 冬天室外3 ℃，为保持室内温暖(27 ℃)，将致冷机 改变方向(功率同上)，则每秒传给室内的热量为多少？