大学物理2教学.pptx

同学们好同学们好!上讲：热力学第一定律及其应用上讲：热力学第一定律及其应用CTp=练习练习1.1.理想气体绝热自由膨胀，去掉隔板实现平衡后压强理想气体绝热自由膨胀，去掉隔板实现平衡后压强 p p=?=?由绝热方程由绝热方程解解1.1.解解2.2.哪一个解对？为什么？哪一个解对？为什么？*绝热方程对非静态过程不适用绝热方程对非静态过程不适用 一定量的理想气体，在一定量的理想气体，在 pT 图上沿着一条直线从平图上沿着一条直线从平衡态衡态 a 变化到变化到 b 则这是则这是 一个：（一个：（）(A)绝热膨绝热膨 胀（胀（B）等容吸热）等容吸热 (C)吸热压缩（吸热压缩（D）吸热膨）吸热膨 胀胀练习练习 2 2解：解：由气体状态方程可得由气体状态方程可得答案：（答案：（D）abp2p1T1T2Tp0热力学热力学紧密围绕紧密围绕热机热机的研究和应用的研究和应用工作物质工作物质重复进行某些过程，不断吸热做功重复进行某些过程，不断吸热做功一、循环过程一、循环过程1.1.定义：定义：系统经历一系列变化后又回到初始状态的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。整个过程叫循环过程。准静态循环过程准静态循环过程 相图中的闭合曲线相图中的闭合曲线顺时针：顺时针：正循环正循环逆时针：逆时针：逆循环逆循环20.3 20.3 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环（热力学第一定律的应用，引入第二定律的桥梁）（热力学第一定律的应用，引入第二定律的桥梁）d2.2.共同特征共同特征热力学第一定律：热力学第一定律：3.3.正循环及其效率正循环及其效率特征特征从外界吸热从外界吸热对外做功对外做功热机的循环热机的循环:dA实例：实例：蒸汽机的循环蒸汽机的循环效率效率:推广到一般情况推广到一般情况热机的能量转换热机的能量转换:从高温热源吸热从高温热源吸热（可能不止一个）（可能不止一个）向低温热源放热向低温热源放热（可能不止一个）（可能不止一个）对外做功对外做功效果效果代价代价热机效率热机效率:例例1.注意是注意是 T-V 图图斯特林循环斯特林循环总吸热总吸热总放热总放热4.4.逆循环及致冷系数逆循环及致冷系数特点特点外界对系统做功外界对系统做功系统向外界放热系统向外界放热致冷机的循环致冷机的循环高温高温热源热源低温低温热源热源实例：实例：电冰箱电冰箱能量转换：能量转换：外界对系统做功外界对系统做功 A从低温热源吸热从低温热源吸热（效果）（效果）（代价）（代价）向高温热源放热向高温热源放热致冷系数：致冷系数：介绍：介绍：空调机的循环空调机的循环冷泵（冷泵（A)房间房间大气大气室内降温室内降温（对房间致冷）对房间致冷）热泵（热泵（A)大气大气房间房间室内升温室内升温（对大气致冷）（对大气致冷）季节季节作用作用低温热源低温热源 高温热源高温热源效果效果夏天夏天冬天冬天AQ2Q1夏天夏天AQ2Q1冬天冬天二、卡诺循环二、卡诺循环卡诺：卡诺：Sadi Carnot 17961832法国青年工程师，具有科学家素质。法国青年工程师，具有科学家素质。着眼点高，热力学创始人之一。着眼点高，热力学创始人之一。“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”P PV V0 0P PV V0 0是否最简单？是否最简单？1.1.研究循环过程的理想模型研究循环过程的理想模型卡诺循环卡诺循环思考：思考：试设想最简单的循环模型试设想最简单的循环模型要无穷多个热源才能得以实现要无穷多个热源才能得以实现外形简单，实际上复杂外形简单，实际上复杂卡诺循环：卡诺循环：工作物质只与两个恒温热源交换能量的准静态循环工作物质只与两个恒温热源交换能量的准静态循环卡诺正循环卡诺正循环卡诺逆循环卡诺逆循环如何在如何在 P-V 图中表示？图中表示？怎样才简单？怎样才简单？热源最少。热源最少。特点特点简单：简单：只需要两个热源只需要两个热源重要：重要：可以组成任何一种循环可以组成任何一种循环1 1）与两个恒温热源交换能量）与两个恒温热源交换能量2 2）不与其它热源交换能量）不与其它热源交换能量两个等温过程两个等温过程两个绝热过程两个绝热过程高温高温T T1 1低温低温T T2 2高温高温T T1 1低温低温T T2 2Q1Q2A=Q1-Q2Q2A Q1=A+Q2 卡诺循环过程：卡诺循环过程：例如：例如：正循环正循环思考：思考：pBC2.2.理想气体的卡诺循环理想气体的卡诺循环1 1）正循环效率正循环效率等温过程：等温过程：绝热过程：绝热过程：p1.卡诺机必须有两个热源。其效率与工作物质无关，只与两热卡诺机必须有两个热源。其效率与工作物质无关，只与两热源温度有关。源温度有关。波音飞机不用价格较贵的高标号汽油作燃料，而采用航空煤油波音飞机不用价格较贵的高标号汽油作燃料，而采用航空煤油作燃料。作燃料。越小越好，但低温热源的越小越好，但低温热源的温度为外界温度为外界大气的温度，不宜人为地改变，只能提高高温热源温度。大气的温度，不宜人为地改变，只能提高高温热源温度。日本开发出陶瓷发动机，其良好的绝热性能可保持日本开发出陶瓷发动机，其良好的绝热性能可保持高温热源的温度。高温热源的温度。信息信息p等温过程：等温过程：绝热过程：绝热过程：2)2)逆循环致冷系数逆循环致冷系数注意注意对一切循环适用对一切循环适用只对卡诺循环适用只对卡诺循环适用练习练习1.1.一卡诺机进行如图两个循环：一卡诺机进行如图两个循环：（1）（2）（3）（4）答案：答案：（4 4）正确）正确两个循环过程：两个循环过程：过程过程2：12 等温、等温、23 等体等体 34等压、等压、41 绝热绝热过程过程1：12 等温、等温、23 绝热绝热34 等压、等压、41 绝热绝热比较哪个过程热机效率高。比较哪个过程热机效率高。练习练习2.两个过程吸热（两个过程吸热（12）是一样的，）是一样的，但循环面积不同，循环过程作功不同（但循环面积不同，循环过程作功不同（1 2），），解答：解答：将一台家用电冰箱视为理想卡诺致冷机，放在将一台家用电冰箱视为理想卡诺致冷机，放在求做一盘冰所需的功，所需时间，所要求的电功率求做一盘冰所需的功，所需时间，所要求的电功率各为多少？各为多少？练习练习3.3.解：解：致冷系数致冷系数三三.实际技术中的典型循环实际技术中的典型循环压缩比压缩比等体升压等体升压两个绝热过程，两个绝热过程，两个等体过程两个等体过程1.1.汽油机：奥托循环汽油机：奥托循环2.2.柴油机：柴油机：狄塞尔循环狄塞尔循环等压膨胀等压膨胀两个绝热过程，一个等压过程，一个等体过程两个绝热过程，一个等压过程，一个等体过程3.3.斯特林循环（多用于致冷机）斯特林循环（多用于致冷机）自学自学 ：P295 P295 例例1 1；P296 P296 例例2 2；P298 P298 例例4 4两个等温过程两个等温过程两个等体过程两个等体过程4.4.燃气涡轮机的循环燃气涡轮机的循环