西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第六篇 多粒子体系的热运动 第20章 热力学第一定律和第二定律 §20.3 循环过程 卡诺循环

第六篇多粒子体系的热运动 第20章热力学第一定律和第二定律 本章共4讲

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▲§20.3循环过程卡诺循环 (热力学第一定律的应用,引入第二定律的桥梁) 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 、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 顺时针:正循环 逆时针:逆循环

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 顺时针：正循环 逆时针：逆循环 §20.3 循环过程 卡诺循环 （热力学第一定律的应用，引入第二定律的桥梁）

2.共同特征 △E=0热力学第一定律:Q净=A净 3.正循环及其效率 特征:Q净=A净>0 a 0 d 吃→v 高温热源 热机的循环: 质 从外界吸热对外做功 低温热源 热机能流

2. 共同特征 E = 0 热力学第一定律： Q净 = A净 3. 正循环及其效率 特征： Q净 = A净  0 热机的循环: 从外界吸热—对外做功 A Q1 Q2

实例:蒸汽机的循环 净 Q净=Q1-92 D 热机 哈循环 效率: 净 吸 锅炉 Q 水 汽 泵 1 冷凝器

实例：蒸汽机的循环 A净 = A1 − A2 Q净 = Q1 − Q2 效率: 1 2 1 1 2 1 Q Q Q Q Q Q A = − − = = 吸 净 

推广到一般情况热机的能量转换: 向低温热源放热Q2 从高温热源吸热Q(可能不止一个 可能不止一个)对外做功4=Q=Q1-Q2 代价 效果 热机效率 净_Q1-Q2 Q2 吸g1 Q

推广到一般情况——热机的能量转换: 从高温热源吸热 （可能不止一个） Q1 向低温热源放热 Q2 （可能不止一个） 对外做功 A净 = Q净 = Q1 −Q2 效果 代价 热机效率: 1 2 1 1 2 1 Q Q Q Q Q Q A = − − = = 吸 净 

例一.1ml双原子分子理想气体如循环n=? T(c 注意是TV图 127 斯特林循环 27 a d ⅴ(1) T=400K. T,=300K 1 2 解 Qb=C1(Tb-)=×831×(400-300)=2080J) 2 Qbe=RTbn=8.31×400×Im2=2326.8(J) Qon=C1(T-T)=-2080(J) O,=RThn=8.31×300×In 17451(J)

Q C (T T ) . ( ) ( ) ab V b a 8 31 400 300 2080 J 2 5 = − =   − = . . ( ) V V Q RT b c b c = b ln = 8 31400ln2 = 2326 8 J 1745 1(J) 2 1 ln 8.31 300 ln . V V Q RT d a da = d =   = − Q C (T T ) ( ) cd = V d − c = −2080 J 例一. 1mol双原子分子理想气体如图循环 =？ 注意是 T-V 图 斯特林循环 Tbc = 400K, Tad = 300K 解：

总吸热 T(°C) 127 Q1=23268+2080=44068(J 总放热 v(1) 2080-17451|=3825J 热机效率:n 13.2 4.逆循环及致冷系数 特征:旦净=A净<0 致冷机的循环: 外界对系统做功 系统向外界放热

总吸热 2326 8 2080 4406 8(J) 1 Q = . + = . 总放热 2080 1745 1 3825 1(J) 2 Q = − − . = . . % Q Q Q Q A 13 2 1 1 2 1 = − = = 净 热机效率：  4. 逆循环及致冷系数 特征： Q净 = A净  0 外界对系统做功—— 系统向外界放热 致冷机的循环：

实例:电冰箱 冷凝器 液化 节流阀 工 压缩机一 质 Q 汽化 蒸发器 冷库 致冷机循环 Q2冷库 致冷机能流图 能量转换: 从低温热源吸热望(效果)向高温热源放热 外界对系统做功A(代价)g1=2+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 致冷系数:w

实例：电冰箱 能量转换： 外界对系统做功 A 从低温热源吸热 Q2 （效果） （代价） 向高温热源放热 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 致冷系数： A Q w 2 =

介绍:空调机的循环 季节作用低温热源高温热源效果 室内降温 夏天冷泵(4)房间)大气2) (对房间致冷) 冬天热泵(4)大气)房间2室内升温 (对大气致冷) Q Q 夏天 冬天

介绍： 空调机的循环 （对大气致冷） 冷泵（A) 房间 (Q ) 2 大气 (Q ) 1 室内降温 （对房间致冷） 热泵（A) 大气 (Q ) 2 房间 (Q ) 1 室内升温 季节 作用 低温热源 高温热源 效果 夏天 冬天 A Q2 Q1 夏天 A Q2 Q1 冬天

介绍:保护臭氧层 臭氧(o3层:地面上空20-50km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,C,Br部分或全部取代碳氢物中的氢 生成的化合物。如:Cc丶公害 引l Cl+O2→C+O, Co+O→+O2 游离氧原子 循环反应,破坏O3分子

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, 2 2 生成的化合物。如: CCl F 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 臭氧 ( ) 3 o 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） 介绍： 保护臭氧层