绝热过程.ppt
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1、11.7 绝热过程,一. 绝热过程,系统在绝热过程中始终不与外界交换热量。,良好绝热材料包围的系统发生的过程,进行得较快,系统来不及和外界交换热量的过程,1. 过程方程,对无限小的准静态绝热过程 有,利用上式和状态方程可得,2. 过程曲线,微分,A,绝热线,等温线,由于 1 ,所以绝热线要比等温线陡一些。,绝热过程中 ,理想气体不吸收热量,系统减少的内能,等于其对外作功 。,3. 绝热过程中功的计算,一定量氮气,其初始温度为 300 K,压强为1atm。将其绝热 压缩,使其体积变为初始体积的1/5。,解,例,求,压缩后的压强和温度,根据绝热过程方程的pV 关系,有,根据绝热过程方程的TV 关系
2、,有,氮气是双原子分子,温度为25,压强为1atm 的1mol 刚性双原子分子理想气 体经等温过程体积膨胀至原来的3倍。,(1) 该过程中气体对外所作的功; (2) 若气体经绝热过程体积膨胀至原来的3 倍,气体对外所 作的功。,解,例,求,(1) 由等温过程可得,(2) 根据绝热过程方程,有,将热力学第一定律应用于绝热过程方程中,有,二. 多方过程,满足这一关系的过程称为多方过程,(n 多方指数,1n ),可见: n 越大, 曲 线越陡,根据多方过程 方程,有,多方过程方程,多方过程曲线,功,内能增量,热量,摩尔热容,多方过程中的功内能热量摩尔热容的计算,多方过程曲线与四种常见基本过程曲线,如
3、图, 一容器被一可移动、无摩擦且绝热的活塞分割成, 两部分。容器左端封闭且导热,其他部分绝热。开始时在, 中各有温度为0,压强1.013105 Pa 的刚性双原子分子的理想气体。两部分的容积均为36升。现从容器左端缓慢地对中气体加热,使活塞缓慢地向右移动,直到中气体的体积变为18升为止。,(1) 中气体末态的压强和温度。,解,例,求,(1) 中气体经历的是绝热过程,则,(2) 外界传给中气体的热量。,刚性双原子分子,又,由理想状态方程得,(2)中气体内能的增量为,中气体对外作的功为,根据热力学第一定律, 中气体吸收的热量为,v 摩尔的单原子分子理想气体,经历如图的热力学过程,例,V0,2V0,
4、p0,2p0,在该过程中,放热和吸热的区域。,解,求,从图中可以求得过程线的方程为,将理想气体的状态方程 代入上式并消去 p,有,对该过程中的任一无限小的过程,有,由热力学第一定律,有,由上式可知 ,吸热和放热的区域为,吸热,放热,11.8 循环过程,一. 循环过程,如果循环是准静态过程,在PV 图上就构成一闭合曲线,如果物质系统的状态经历一系列的变化后,又回到了原状态,就称系统经历了一个循环过程。,系统(工质)对外所作的净功,1. 循环,2. 正循环、逆循环,正循环(循环沿顺时针方向进行),逆循环(循环沿逆时针方向进行),(系统对外作功),Q1,Q2,a,b,根据热力学第一定律,有,(系统对
5、外作负功),正循环也称为热机循环,逆循环也称为致冷循环,Q1,Q2,a,b,二. 循环效率,在热机循环中,工质对外所作的功A 与它吸收的热量Q1的比值,称为热机效率或循环效率,一个循环中工质从冷库中吸取的热量Q2与外界对工质作所的功A 的比值,称为循环的致冷系数,1 mol 单原子分子理想气 体的循环过程如图所示。,(1) 作出 pV 图 (2) 此循环效率,解,例,求,a,c,b,(2) ab是等温过程,有,bc是等压过程,有,(1) pV 图,ca是等体过程,循环过程中系统吸热,循环过程中系统放热,此循环效率,逆向斯特林致冷循环的热力学循环原理如图所示,该循环由四个过程组成,先把工质由初态
6、A(V1, T1)等温压缩到B(V2 , T1) 状态,再等体降温到C (V2, T2)状态,然后经等温膨胀达到D (V1, T2) 状态,最后经等体升温回到初状态A,完成一个循环。,该致冷循环的致冷系数,解,例,求,在过程CD中,工质从冷库吸取 的热量为,在过程中AB中,向外界放出的 热量为,A,B,C,D,整个循环中外界对工质所作的功为,循环的致冷系数为,11.9 热力学第二定律,一. 热力学第二定律,由热力学第一定律可知,热机效率不可能大于100% 。那么热机效率能否等于100%( )呢?,地球,热机,Q1,A,若热机效率能达到100%, 则仅地球上的海水冷却1 , 所获得的功就相当于1
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