大學(xué)物理下課件熱學(xué)熱力學(xué)定律

同學(xué)們好！人類生命中永久不滅的事物，是偉大的觀念與思想。強(qiáng)盛的帝國會傾頹，人類的肉身會腐朽，彪炳的功業(yè)也有遭受遺忘無視的命運(yùn)，只有偉大的思想觀念可以歷久而彌新。

位于波多黎各的世界最大的射電天文望遠(yuǎn)鏡。1974年泰勒與赫爾斯利用它發(fā)現(xiàn)了脈沖雙星。?第一頁，共36頁。熱力學(xué)緊密圍繞熱機(jī)的研究和應(yīng)用——工作物質(zhì)重復(fù)進(jìn)行某些過程，不斷吸熱做功一、循環(huán)過程1.定義：系統(tǒng)經(jīng)歷一系列變化后又回到初始狀態(tài)的整個(gè)過程叫循環(huán)過程。準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過程

—相圖中的閉合曲線順時(shí)針：正循環(huán)逆時(shí)針：逆循環(huán)§20.3循環(huán)過程卡諾循環(huán)（熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用，引入第二定律的橋梁）第二頁，共36頁。d2.共同特征熱力學(xué)第一定律：3.正循環(huán)及其效率特征從外界吸熱—對外做功熱機(jī)的循環(huán):dA第三頁，共36頁。實(shí)例：蒸汽機(jī)的循環(huán)效率:第四頁，共36頁。推廣到一般情況——熱機(jī)的能量轉(zhuǎn)換:從高溫?zé)嵩次鼰幔赡懿恢挂粋€(gè)）向低溫?zé)嵩捶艧幔赡懿恢挂粋€(gè)）對外做功效果代價(jià)熱機(jī)效率:第五頁，共36頁。例1.注意是T-V圖斯特林循環(huán)第六頁，共36頁。總吸熱總放熱第七頁，共36頁。4.逆循環(huán)及致冷系數(shù)特點(diǎn)外界對系統(tǒng)做功——系統(tǒng)向外界放熱致冷機(jī)的循環(huán)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹诎隧?，?6頁。實(shí)例：電冰箱能量轉(zhuǎn)換：外界對系統(tǒng)做功A從低溫?zé)嵩次鼰幔ㄐЧù鷥r(jià)）向高溫?zé)嵩捶艧嶂吕湎禂?shù)：第九頁，共36頁。介紹：空調(diào)機(jī)的循環(huán)冷泵（A)房間大氣室內(nèi)降溫（對房間致冷）熱泵（A)大氣房間室內(nèi)升溫（對大氣致冷）季節(jié)作用低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩葱Ч奶於霢Q2Q1夏天AQ2Q1冬天第十頁，共36頁。氟里昂對臭氧層的破壞引起公害循環(huán)反應(yīng),游離氧原子保護(hù)臭氧層臭氧層：地面上空20-50km的同溫層中作用：保護(hù)地球表面免受某些具有破壞性的紫外線輻射控制地球氣溫（散熱片）介紹：第十一頁，共36頁。曬斑，雪盲，視力損害，皮膚癌，白內(nèi)障…...植物生長率下降，海洋生物減少氣候異常，農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)受損，國土干燥化，北極冰帽熔化，海平面上升，大陸被淹…...后果紫外線輻射增強(qiáng)溫室效應(yīng)新資料：對溫室效應(yīng)的奉獻(xiàn)：水蒸氣：60％；二氧化碳：26％臭氧：8％；甲烷、一氧化二氮等：6％第十二頁，共36頁。1987.9蒙特利爾1990.6倫敦會議決定2000年停止生產(chǎn)和消費(fèi)氟里昂，發(fā)展中國家延長10年.解決途徑尋找純工質(zhì)替代物（無Cl)磁致冷半導(dǎo)體致冷激光制冷……磁致冷裝置第十三頁，共36頁。美國科學(xué)家提出：在太空安裝d=2000km的巨型反射鏡，面向太陽，拒陽光于數(shù)百萬千米之外。英國科學(xué)家提出：用飛行器在地球大氣層上部拉開一張巨型金屬網(wǎng)，阻擋陽光直達(dá)地面設(shè)想效果：阻擋1％陽光，使地球降溫。保護(hù)100km2土地。第十四頁，共36頁。確立新的自然觀———20世紀(jì)人類最重要的發(fā)現(xiàn)之一介紹：人類自然觀的三個(gè)階段原始社會：視自然為神靈，人是自然的奴隸生產(chǎn)力提高，科技發(fā)展農(nóng)業(yè)社會工業(yè)社會認(rèn)識到人對自然的能動作用人是自然的主人，改造自然，人定勝天人口激增，資源枯竭，環(huán)境惡化*新自然觀第十五頁，共36頁。新自然觀：與自然共生、共榮、和諧開展。人歸根到底是自然的一部分，人的才能是自然力的一部分，人類的將來最終要取決于自然的將來。人既不能滿足于做自然的奴隸，也不能希求作為自然的主宰，而要關(guān)心、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，與自然共生、共榮、和諧開展。以生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)為基礎(chǔ)的發(fā)展，不犧牲后代人發(fā)展條件的發(fā)展。可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略基本國策之一第十六頁，共36頁。二、卡諾循環(huán)卡諾：SadiCarnot1796—1832法國青年工程師，具有科學(xué)家素質(zhì)。著眼點(diǎn)高，熱力學(xué)創(chuàng)始人之一?！盀榱俗钔暾匮芯坑蔁岬玫絼恿Φ牡览?，必須不依賴于任何特定機(jī)構(gòu)和任何特殊的工作物質(zhì)，必須使所進(jìn)行的討論不僅適合于蒸汽機(jī)，而且可以應(yīng)用于一切可以想象的熱機(jī)，不管它們用的什么物質(zhì)，也不管它們?nèi)绾蝿幼鳌钡谑唔?，?6頁。PV0PV0是否最簡單？1.研究循環(huán)過程的理想模型——卡諾循環(huán)思考：試設(shè)想最簡單的循環(huán)模型要無窮多個(gè)熱源才能得以實(shí)現(xiàn)外形簡單，實(shí)際上復(fù)雜第十八頁，共36頁?？ㄖZ循環(huán)：工質(zhì)只與兩個(gè)恒溫?zé)嵩唇粨Q能量的準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)卡諾正循環(huán)卡諾逆循環(huán)如何在P-V圖中表示？怎樣才簡單？熱源最少。第十九頁，共36頁。特點(diǎn)簡單：只需要兩個(gè)熱源重要：可以組成任何一種循環(huán)1〕與兩個(gè)恒溫?zé)嵩唇粨Q能量2〕不與其它熱源交換能量——兩個(gè)等溫過程——兩個(gè)絕熱過程第二十頁，共36頁。高溫T1低溫T2高溫T1低溫T2Q1Q2A=Q1-Q2Q2A

Q1=A+Q2

卡諾循環(huán)過程：例如：正循環(huán)第二十一頁，共36頁。思考：pＤＡBC2.理想氣體的卡諾循環(huán)1）正循環(huán)效率第二十二頁，共36頁。等溫過程：絕熱過程：p第二十三頁，共36頁。第二十四頁，共36頁。1.卡諾機(jī)必須有兩個(gè)熱源。其效率與工作物質(zhì)無關(guān)，只與兩熱源溫度有關(guān)。波音飛機(jī)不用價(jià)格較貴的高標(biāo)號汽油作燃料，而采用航空煤油作燃料。越小越好，但低溫?zé)嵩吹臏囟葹橥饨绱髿獾臏囟?，不宜人為地改變，只能提高高溫?zé)嵩礈囟?。日本開發(fā)出陶瓷發(fā)動機(jī)，其良好的絕熱性能可保持高溫?zé)嵩吹臏囟?。信?.美國的兩個(gè)洲在2005年禁止燃燒汽油的汽車進(jìn)入，而使用燃料電池供電的汽車。第二十五頁，共36頁。p等溫過程：絕熱過程：2)逆循環(huán)致冷系數(shù)第二十六頁，共36頁。第二十七頁，共36頁。注意對一切循環(huán)適用只對卡諾循環(huán)適用第二十八頁，共36頁。練習(xí)1.一卡諾機(jī)進(jìn)行如圖兩個(gè)循環(huán)：（1）（2）（3）（4）答案：〔4〕正確第二十九頁，共36頁。兩個(gè)循環(huán)過程：過程2：

1－2等溫、2－3′等體3′－4等壓、4－1絕熱過程1：

1－2等溫、2－3絕熱3－4等壓、4－1絕熱比較哪個(gè)過程熱機(jī)效率高。練習(xí)2.兩個(gè)過程吸熱（1－2）是一樣的，但循環(huán)面積不同，循環(huán)過程作功不同（Ａ1>Ａ

2），解答：第三十頁，共36頁。將一臺家用電冰箱視為理想卡諾致冷機(jī)，放在求做一盤冰所需的功，所需時(shí)間，所要求的電功率各為多少？練習(xí)3.第三十一頁，共36頁。解：致冷系數(shù)第三十二頁，共36頁。三.實(shí)際技術(shù)中的典型循環(huán)壓縮比等體升壓兩個(gè)絕熱過程，兩個(gè)等體過程1.汽油機(jī)：奧托循環(huán)第三十三頁，共