6-2 循环过程、卡诺循环;热力学第二定律、可逆过程、

第二篇 热学 例3. 设氮气的质量为 2.8 10 3 kg , 开始处于 1 态,先等容升压, 由1 2 , 再等温膨胀由 2 3 , 最后等压压缩到1 . 3 求: 循环的效率 已知: M 2.8 10 kg
1: P 1 1atm , T 1 300k ; 2 : P2 3atm , V2 V1 3 : P3 P 1 , T3 T2
T2
O
d´ T2 '
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c c´
V
解： 1） 循环曲线所围面积相等
2） 由公式： 1
T2 T1 T2 ' a ' b' c ' d ' a ' : ' 1 T1 ' abcda : 1
T2 T1
净功 A 相等
T1 ' T1 T2 T2 '

'
卡诺循环
A Q1
Q2 1 Q1
T2 1 T1
卡诺循环
例1.理想气体进行如图所示的两个卡诺 循环abcda和a´b´c´d´a´，若在p-V图上 这两个循环曲线所围面积相等，试分 析：
1）两循环对外作净功是否相等？ 2）两循环效率是否相等？
P
第二篇 热学 a´ T1 ' b´ a T1 b d
解: 先求各个状态（P、V、T） 求 的步骤: ①判断吸热、放热过程; ②求 Qi ; ③求 Q1、Q2; ④求 .
P 2 P2
P 1
I
II
3
o
1 III
V1
V3
V
循环过程
第二篇 热学
P P P2 (3atm,V1,900K ) 1 T2 3T1 解: I : II P2 T1 T2 II : PV 3 3 PV 2 2 V3 3V1 (1atm,3V1 ,900K ) M i I P III R(T2 T1 ) 1 I : QI EI (1atm,V1,300K ) M mol 2 o 150 R V V1 V3 V3 M Q放 RT2 ln 90R ln 3 II : QII AII 1 M mo l V2 Q吸 III : QIII EIII AIII 7 1 M 5 3ln 3 CP (T1 T3 ) M mol 31.3%
向低温热源放热 3) 循环过程吸收净热量
B（P2 ,V2 ,T1）
绝热
Q1 Q2
4) 循环过程对外作净功：A
Q2
向低温热源放热
C（P3 ,V3 ,T2）
O
净功为循环曲线包围的面积
V
Q1 Q2 A
卡诺循环
第二篇 热学 5）卡诺热机循环效率：
3、物理应用
热机工作原理： 1) 吸热过程（Ｑ1）: 水在锅炉内加热， 产生高温高压气体. 2) 推动活塞对外作功(A) 3) 放热过程（Ｑ2） ： 进入冷凝器向 低温热源放热 4) 水泵将水又压入锅炉， 进入第二循环。
A
Q放 0 1
第二类永动机: 单热源热机( 1)
不可能制成!
Q吸
热机
A
热二律
第二篇 热学 高温热源( T1 )
2. 克劳修斯叙述
热量不能自动地从低温物体传向高 温物体, 而对外界不产生任何影响!
Q放
二. 两种表述的等价性 开尔文叙述 克劳修斯叙述
原因: 自发过程具有方向性(不可逆性).
上节回顾 热力学第一定律
Q E A
第二篇 热学
☺应用：求解等容过程；等温过程；等压过程；绝热过程
的Q，E，A
i QV E RT 2
QT A
PdV RT ln
i2 RT 2
V2 V1
QP E A
A E PV 常量
§6-3 循环过程 卡诺循环
例2.图示为理想气体卡诺循环过程，问两条绝 热线下的面积S1和S2的大小关系是 P （A）S1>S2 （B）S1=S2 （C）S1<S2 （D）无法确定 分析： 绝热过程： Q A E 0
S
A
E
T
第二篇 热学
A E
M i E R T M mol 2
S1
O
S2
V
循环过程
二. 卡诺正循环
高温热源T1
Q1
正循环
A净
Q2
低温热源T2 1、能量转化
Q1 Q2 A净
卡诺循环
2、P-V曲线分析
第二篇 热学 1) A→B: 等温膨胀(T1) 从高温热源吸热
二条等温线和二条绝热线围成 P
A（P1 ,V1 ,T1）
2) C→D: 等温压缩(T2)
从高温热源吸热
Q1
绝热
D (P4 ,V4 ,T2）
T2 T1 T2
§6-4 热力学第二定律
一. 热二律的两种叙述
第二篇 热学 高温热源( T1 )
Q放 1 1. 开尔文叙述 Q吸 不可能制成一种循环动作的机 ? 1
器 , 只从单一热源吸收热量使 之完全变为有用功,而不产生其 它任何变化.
Q吸
热机
Q放
低温热源( T2 ) 单一热源( T )
210R
卡诺循环
三. 卡诺逆循环（致冷机）
第二篇 热学
冰箱制冷原理：
电动压缩泵将致冷剂 （氟 里昂）压缩成高温高压气体， 送至散热器，向空气（高温热 源）中放热。经过毛细管减压 膨胀，进入冷凝器吸收冰箱 （低温热源）的热量，之后变 为低压气体再一次循环…….。
致冷系数－-
Q2 Q2 A Q1 Q2
假设绝热线与等温线交于两点，如图，这两个过程 构成了一个循环。整个循环的结果是，循环一次后， 只从单一热源吸热并全部用来对外作功，而没产生 其他任何影响。显然，这是违背热力学第二定律的。 故绝热线与等温线不能有两个交点〔即不能构成一 个循环〕。
一. 循环过程
第二篇 热学
1) 循环过程 -- 物质系统经历一系列变化过程又回到 初始状态的周而复始的过程。
P
( P0 ,V0 ,T0 )
V
2）循环特征 -- 系统经历一个循环之后,内能不改变。
第二篇 热学
能量转化
正循环 循环 卡诺
（热机）
过程
循环
P-V图分析 逆循环
（致冷机）
物理应用
卡诺循环
第二篇 热学
热机
Q吸
低温热源( T2 )
说明： 1）克劳修斯叙述:热传导不可逆，开尔文叙述:功变热 不可逆. (两种不可逆可以相互推断出来的)。 2）热一律只要求过程中能量守恒，热二律指出热力 学过程进行的方向。在循环中，热一律指出 ≤100%， 热二律指明了<100% 。
热二律
第二篇 热学
绝热线和等温线能否交于两点?