循环过程和卡诺循环热机效率.ppt

知识要点及其要求
第六章热力学基础
预备知识
准静态过程
热力学第一定律
循环过程卡诺循环
本章小结
自然过程的方向性
热力学第二定律及其微观意义卡诺定理热力学概率
玻耳兹曼熵公式熵增加原理
应用知识
克劳修斯公式
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知识要点及其教学要求
A类知识点:
准静态过程、功、热量和内能;
热力学第一定律及其在热力学过程中的应用;
循环过程和卡诺循环,热机效率,制冷系数。
B类知识点:
热力学第二定律、熵和熵增加原理、玻尔兹曼熵公式;
电冰箱、空调和温室效应,耗散结构,熵与信息、生命、经济学。
教学要求
理解平衡态、准静态过程、热量、功等基本概念;
理解和掌握热力学第一定律;
理解理想气体定体摩尔热容、定压摩尔热容以及比热容;
会计算理想气体等体、等压、等温和绝热过程中功、热量和内能的改变量;
理解循环过程和卡诺循环,并运用它们解决实际问题;
理解可逆过程、不可逆过程、热力学第二定律和卡诺定理;
了解熵的物理意义、熵增加原理和热力学第二定律的统计意义;
了解玻耳兹曼熵公式。
重点:
热力学第一定律,会计算理想气体等体、等压、等温和绝热过程中功、热量和内能的改变量。
难点:
熵的物理意义,熵增加原理和热力学第二定律的统计意义,玻耳兹曼熵公式。
教学学时:10学时
预备知识
一、理想气体的三个实验定律
——马略特定律:
:
:
二、系统与外界
热力学所研究的具体对象,简称系统。
系统是由大量分子组成,如气缸中的气体。
系统的分类
开放系统:
系统与外界之间,既有物质交换,又有能量交换。
封闭系统:
系统与外界之间,没有物质交换,只有能量交换。
孤立系统
系统与外界之间,既无物质交换,又无能量交换。
外界:
系统以外的物体
二、平衡态:
在不受外界影响的条件下,宏观性质(T、P、V)不随时间变化的状态叫做平衡态。
说明
不受外界影响是指系统与外界不通过作功或传热的方式交换能量;
平衡是热动平衡
平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示
平衡态是一种理想状态

一、热力学过程:
系统从某状态开始经历一系列的中间状态到达另一状态的过程。
1
2
二、准静态过程:
过程中任何时刻系统的状态都无限接近平衡状态。
说明:
准静态过程是一个理想过程;
实际过程是非准静态过程,但只要过程进行的时间远大于系统的驰豫时间,均可看作准静态过程。如:实际汽缸的压缩过程可看作准静态过程。
S
准静态过程在状态图上可用一条曲线表示, 如图.
O
V
p
(演示)
热力学第一定律
热力学系统与外界传递能量的方式:
作功、热传递。
一、功热量内能
(E ) :
所有分子无规则热运动的动能(平动、转动及振动动能)和分子间相互作用的势能之和。
系统的内能是状态的单值函数,即E=E(T,V),系统内能的增量只与系统起始和终态有关,与系统所经历的过程无关;
理想气体的内能是温度的单值函数
物体的内能与机械能有本质的区别:
机械能与机械运动相对应,内能与热运动相对应。
(Q):
是传热过程中所传递能量的多少的量度;
是过程量
系统吸热:
;系统放热:
P2
F
x
dx
:
是能量传递和转化的量度;是过程量。
系统对外作功:
; 外界对系统作功:
准静态过程功的计算(无摩擦)
活塞位移
系统作功:
讨论:
dV < 0 đ W < 0 系统作负功
dV > 0 đ W > 0 系统作正功
二、热力学第一定律:
准静态过程:
微小过程:
说明:
适用范围:适用于任何系统(气、液、固)
符号规定:
+
系统吸热
系统放热
内能增加
内能减少
系统对外界做功
外界对系统做功
物理意义:能量转换和守恒定律. 第一类永动机是不可能制成的.
例:在latm下,lmol的水在100℃变成水蒸气,它的内能增加多少?已知在此温度和压强下,水和水蒸气的摩尔体积分别为和,而水的汽化热为。
解:
水的汽化是等温等压过程,1mol的水变为同温水蒸汽的过程中,水从热源吸收的热为:
外界对系统做功:
根据热力学第一定律,水变成水蒸气时内能的增量为: