热力学第一定律和循环.课件.ppt

1、1/28热力学：热力学：紧密围绕紧密围绕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。1. 定义：定义：系统经历一系列变化后又回到初始状态的整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。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OpV正正逆逆2/282. 共同特征共同特征0E热力学第一定律：热力学第一定律：净净净净AQ3. 正循环及其效率正循环及其效率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:OpV正正abcd

2、V1V2正正功功负功负功净功净功AT1T2特征：特征：0净净净净AQ3/28实例：实例：蒸汽机的循环蒸汽机的循环Q1Q2A1A221AAA净净21QQQ净净效率效率:121211QQQQQQA吸吸净净4/28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）1Q向低温热源放热向低温热源放热2Q（可能不止一个）（可能不止一个）对外做功对外做功21QQQA净净净净效果效果代价代价热机效率热机效率:121211QQQQQQA吸吸净净5/284. 逆循环及致冷系数逆循环及致冷系数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

3、：OpV逆逆abcV1V2净功净功dT1T2Q1Q2A=Q1-Q2特点：特点：0净净净净AQ6/28实例：实例：电冰箱电冰箱能量转换：能量转换：从低温热源吸热从低温热源吸热2Q（效果）（效果）外界对系统做功外界对系统做功 A（代价）（代价）向高温热源放热向高温热源放热AQQ21致冷系数：致冷系数：AQw2这里的这里的Q2 仅是循环过程中系统从冷库吸收的热仅是循环过程中系统从冷库吸收的热量量 衡量致冷的效力衡量致冷的效力Q12QA7/28： 空调机的循环空调机的循环 致冷机与热泵原理的结合致冷机与热泵原理的结合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冷泵（冷泵（

4、A) )热泵（热泵（A) )房间房间)(2Q大气大气)(2Q大气大气)(1Q房间房间)(1Q室内降温室内降温（对房间致冷）（对房间致冷）室内升温室内升温(对大气致冷对大气致冷) )AQ2Q1夏天夏天AQ2Q1冬天冬天压缩机作功，压缩机作功，吸热传向高温热源吸热传向高温热源8/28氟里昂对臭氧层的破坏氟里昂对臭氧层的破坏,合合物物中中的的氢氢部部分分或或全全部部取取代代碳碳氢氢化化用用BrClF22:FClC如如生生成成的的化化合合物物。引起公害引起公害23OClOOCl 2OClOClO 循环反应循环反应, ,分分子子破破坏坏3O游离氧原子游离氧原子臭氧臭氧)(3o层：地面上空层：地面上空 2

5、0-50 km 的同温层中的同温层中作用：作用：保护地球表面免受某些具有破坏性的紫外线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）辐射，控制地球气温（散热片） 保护臭氧层保护臭氧层介绍：介绍：9/28晒斑，雪盲，视力损害，皮肤癌，白内障晒斑，雪盲，视力损害，皮肤癌，白内障植物生长率下降，海洋生物减少植物生长率下降，海洋生物减少）氟氟里里昂昂%30;%70(2CO气候异常，农业、畜牧业受损，国土干燥化，北极冰帽气候异常，农业、畜牧业受损，国土干燥化，北极冰帽熔化，海平面上升，大陆被淹熔化，海平面上升，大陆被淹后果后果 紫外线辐射增强紫外线辐射增强 温室效应温室效应 美国科学

6、家提出：在太空安装美国科学家提出：在太空安装d=2000kmd=2000km的巨型反射镜，面向的巨型反射镜，面向太阳，拒阳光于数百万千米之外。太阳，拒阳光于数百万千米之外。英国科学家提出：英国科学家提出：用飞行器在地球大气层用飞行器在地球大气层上部拉开一张巨型金属上部拉开一张巨型金属网，阻挡阳光直达地面网，阻挡阳光直达地面设想效果：设想效果：阻挡阻挡1阳光，使地球降温。保护阳光，使地球降温。保护100km2土地。土地。10/28 确立新的自然观确立新的自然观2020世纪人类最重要的发现之一世纪人类最重要的发现之一介绍：介绍：人类自然观的三个阶段人类自然观的三个阶段原始社会：原始社会： 视自然为

7、神灵，人是自然的奴隶视自然为神灵，人是自然的奴隶生产力提高，科技发展生产力提高，科技发展农业社会农业社会工业社会工业社会认识到人对自然的能动作用认识到人对自然的能动作用人是自然人是自然 的主人，改造自然，人定胜天的主人，改造自然，人定胜天人口激增，资源枯竭，环境恶化人口激增，资源枯竭，环境恶化新自然观新自然观11/28新自然观：新自然观：人归根到底是自然的一部分，人的能力是自然力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。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，也不能希求作为人既不能满足于做自然的奴隶，也不能希求作为自然

8、的主宰，而要关心、保护生态环境，与自然自然的主宰，而要关心、保护生态环境，与自然共生、共荣、和谐发展。共生、共荣、和谐发展。以生态环境良性循环为基础的发展，不牺牲后代人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。发展条件的发展。可持续发展战略：可持续发展战略：基本国策之一基本国策之一12/281. .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 循环图形看似简单，实际上复杂，要无穷多个热源才循环图形看似简单，实际上复杂，要无穷多个热源才能得以实现。能得以实现。 卡诺：卡诺：具有科学家素质的工程师。具有科学家素质的工程师。 “为了最完整地研究为了最完整地研究由热

9、得到动力的道理由热得到动力的道理，必须不依赖于任，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。们用的什么物质，也不管它们如何动作。”：试设想最简单的循环模型试设想最简单的循环模型是否最简单？是否最简单？ppVVOO13/28卡诺循环：卡诺循环：工质只与两个恒温热源交换能量的准静态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卡诺正循环或或卡诺逆循环卡诺逆循环1) 与两

10、个恒温热源交换能量（两个等温过程）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）不与其他热源交换能量（两个绝热过程）如何在如何在 pV 图中表示？图中表示？简单简单：只需要：只需要两个热源两个热源重要重要：可以组：可以组成任何一种循成任何一种循环环绝热绝热绝热绝热14/28Q1Q2A = Q1 -Q2卡诺循环过程：卡诺循环过程：吸吸热热从从等等温温膨膨胀胀1TBA 放放热热向向等等温温压压缩缩2TDC 对对外外作作功功，内内能能降降低低绝绝热热膨膨胀胀CB 外外界界作作功功，内内能能升升高高绝绝热热压压缩缩AD 例如例如正循环正循环绝热绝热绝热绝热15/28D

11、ABCDABCDABC0SSAEEQQ 思考：思考：之间的关系？之间的关系？DABCS,SBCp16/282. 理想气体的卡诺循环理想气体的卡诺循环1) 正循环效率正循环效率等温过程：等温过程：12111ln21VVRTMAQ4322ln|43VVRTMQ绝热过程：绝热过程：13212132rrVTVT14211114rrVTVT4312VVVVpOVp21TT 2T123417/28121211214321211211lnlnln|TTTTTVVRTMVVRTMVVRTMQQQ121TT决决定定仅仅由由21,TT1021TT21,TT降降低低途途径径，升升高高提提高高18/28等温过程：等温

12、过程：12111ln12VVRTMAQ4322ln34VVRTMQ绝热过程：绝热过程：13212123rrVTVT14211141rrVTVT4312VVVV2) 逆循环致冷系数逆循环致冷系数pOVp21TT 2T1234Q2A Q1= A+ Q2 19/28212TTTw就就要要消消耗耗更更多多的的功功。源源中中吸吸热热要要从从温温度度越越低低的的低低温温热热,:,2 wT4321214322122lnlnlnVVRTMVVRTMVVRTMQQQAQw20/28AQwQQQA2121吸吸净净对一切循环适用对一切循环适用212121TTTwTT只对卡诺循环适用只对卡诺循环适用21/281. 汽

13、油机汽油机奥托循环奥托循环111211)(11rrbcadVVTTTT21VV压缩比压缩比绝绝热热压压缩缩ba 电电点点火火cb 等体升压等体升压绝绝热热膨膨胀胀dc 等等体体放放热热ad 1V2VVpoabcd22/282. 柴油机柴油机狄塞尔循环狄塞尔循环 - - 船舶、拖拉机等使用的四冲程循环船舶、拖拉机等使用的四冲程循环 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。) 1()(1)(12312123VVVVVV绝绝热热压压缩缩ba 喷喷油油、燃燃烧烧cb 等压膨胀等压膨胀绝热膨胀绝热膨胀dc 等体放热等体放热ad adcbVop1V3V2V 教材

14、教材P.21823/283. 斯特林循环斯特林循环 多用于致冷机多用于致冷机两个等温过程两个等温过程两个等体过程两个等体过程212TTTw1V2VVpO1T2T24/28：（4）正确）正确一卡诺机进行如图两个循环一卡诺机进行如图两个循环, 下列表述正确的是下列表述正确的是：（1）2121AA （2）2121AA （3）2121AA （4）2121AA c c 25/28 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T = 300K的室内。制一盘的室内。制一盘-13的冰需要从冻室取出的冰需要从冻室取出2.09 105J热量，设取热速率为热量，设取热速率为2.0

15、9 102Js-1, 求做一求做一盘冰所需的功、时间和所要求的电功率各为多少？盘冰所需的功、时间和所要求的电功率各为多少？解：致冷系数解：致冷系数5 . 6260300260212TTTwJ1009. 252QJ1022. 3J5 . 61009. 2452wQAmin7 .16s10s1009. 21009. 23252qQtW2 .32W101022. 334tAP26/28已知已知:如图循环气体)25(mol1RCV为为直直线线214513128213,32VVTT为为等等温温线线为为绝绝热热线线求求: QEA,各各过过程程op2p1p2V1V3VV 27/28解：解：1 - 211112125)2(25)(RTTTRTTCMEV1121122121)(21)(21RTTTRVpVpA113RTEAQ2 - 302Q绝热膨胀绝热膨胀11123225)2(25)(RTTTRTTCEV12225RTEAp2p1p2V1V3VV o28/28%7 .30308. 21|113QQ11311308.281lnlnRTRTVVRTA13308. 2RTAQ03E3 1 等温压缩等温压缩p2p1p2V1V3VV o