热力学第一定律和循环.

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
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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。 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
3. 正循环及其效率 p b a 净功 正 正 c 功 d 负功 V1 V2 T1
O
V T2
A
特征： Q净 A净 0 热机的循环:
从外界吸热—对外做功
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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 Q2 1 Q1
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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。”
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
T1
Q1
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
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实例：电冰箱
Q1
A
Q2
能量转换：
2
Q2 致冷系数： w A
向高温热源放热
从低温热源吸热 Q （效果） 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
游离氧原子
循环反应,
破坏O3分子
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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
） 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
p p
是否最简单？
V V
O
O
循环图形看似简单，实际上复杂，要无穷多个热源才 12/28 能得以实现。
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 重要：可以组 成任何一种循 环
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绝热
绝热
卡诺循环过程： 高温T1 Q1 Q2 A = Q1 -Q2
绝热 绝热
低温T2
例如
正循环
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
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思考： SBC , SDA 之间的关系？
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 逆
顺时针：正循环
逆时针：逆循环
V
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2. 共同特征
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
E 0
热力学第一定律：Q净 A净
A2
Q1
A1
Q2
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热机的能量转换: 向低温热源放热 Q2 （可能不止一个）
从高温热源吸热 Q1
（可能不止一个） 对外做功 代价
A净 Q净 Q1 Q2
效果
热机效率:
Q2 A净 Q1 Q2 1 Q吸 Q1 Q1
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4. 逆循环及致冷系数 p b a 净功 逆 c O d V1 V2 V A=Q1-Q2 Q2 T2
T2 1 T1
仅由T1 , T2 决定
T1 T2 0
1
提高 途径，升高 T1, 降低T2
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2) 逆循环致冷系数 高温T1 Q1= A+ Q2 A Q2 p p
1
T1 T2
2 4
T2
低温T2
等温过程： 2 1
O
3
V
V3 4 3 Q2 RT2ln V4 r 1 r 1 3 2 T V T V 绝热过程： V2 1 2 2 3 M
pＡ
B
Ｄ
C
QBC QDA 0
E BC E DA A
S BC S DA
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2. 理想气体的卡诺循环 1) 正循环效率 等温过程：
V2 1 2 Q1 A1 RT1ln V1 V3 M 3 4 | Q2 | RT2ln V4 绝热过程： M
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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确立新的自然观—20世纪人类最重要的发现之一 介绍： 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
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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） 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 Cl 2 F2
引起公害
Cl O3 ClO O2 ClO O Cl O2
4
p 1
T1 T2
2
T2
O
3
V
2 3
TV
r 1 1 2
T V
r 1 2 3
4 1
TV
r 1 1 1
TV
r 1 2 4
V2 V3 V1 V4
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V3 V2 M RT1ln RT2 ln Q1 | Q2 | T2 V1 V4 T1 T2 1 M V2 Q1 T T 1 1 RT1ln V1 M
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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 季节 作用 低温热源 高温热源
2
效果
室内降温
夏天 冷泵（A) 房间 (Q ) 大气 (Q1 )（对房间致冷）
室内升温 冬天 热泵（A) 大气 (Q2 ) 房间 (Q1 ) (对大气致冷)
Q2
夏天
A
Q1
Q1
冬天
A
Q2