1、2020全国高中物理学奥林匹克竞赛人大附中竞赛班辅导讲义（含物理竞赛真题练习）热力学基础卡诺制冷机卡诺制冷机 逆向卡诺循环反映了制冷机的工逆向卡诺循环反映了制冷机的工作原理，其能流图如图所示。作原理，其能流图如图所示。工质把从低温热源吸收的热量工质把从低温热源吸收的热量Q2和外界对和外界对它所作的功它所作的功W以热量的形式传给高温热源以热量的形式传给高温热源Q1.pV432V1V1o21Q2Q3V4V1T2T高温热源高温热源T1低温热源低温热源T2工质工质1Q2QW21QWQ 致冷系数致冷系数4322lnVVRTQ 1243VVVV 212TTTc 212QQQc 1211lnVVRTQ pV
2、432V1V1o21Q2Q3V4V1T2T例例 1mol氧气作如图所示的循环氧气作如图所示的循环.求循环效率求循环效率.（苏州中学）（苏州中学）解解:)(bcVbcTTCQ )(abpabTTCQ 002lnVVRTQcca )(2ln)(1112abpccbVTTCRTTTCQQ (2)ln222ln218.7%(2)2VcccpccCTTRTCTTi Qp pVpV000等等温温abc02VQQcaabbc2p0C-毛细节流阀毛细节流阀 B-冷凝器冷凝器 D-冷库冷库 E-压缩机压缩机 5.实际热机和制冷机实际热机和制冷机电冰箱电冰箱冷却水冷库蒸发器电动压缩泵将致冷剂（氟里昂）压缩成高温电
3、动压缩泵将致冷剂（氟里昂）压缩成高温高压气体，送至冷凝器，向空气（高温热源）高压气体，送至冷凝器，向空气（高温热源）中放热。经过毛细管减压膨胀，进入蒸发器中放热。经过毛细管减压膨胀，进入蒸发器吸收冰箱（低温热源）的热量，吸收冰箱（低温热源）的热量，之后变为，之后变为低压气体再一次循环低压气体再一次循环.。原理：原理：奥托循环奥托循环:工质为燃料与空气的混合物，利用燃工质为燃料与空气的混合物，利用燃料的燃烧热产生巨大压力而作功。料的燃烧热产生巨大压力而作功。内燃机内燃机 12112111VVQQQQW一、可逆过程和不可逆过程一、可逆过程和不可逆过程可逆过程可逆过程:在系统状态变化过程中在系统状态
4、变化过程中,如果逆过程能如果逆过程能重复正过程的每一状态重复正过程的每一状态,而不引起其他变化而不引起其他变化.不可逆过程不可逆过程:在在不引起其他变化不引起其他变化的条件下的条件下 ,不不能使逆过程重复正过程的每一状态能使逆过程重复正过程的每一状态 ,或者虽然或者虽然重复但必然会引起其他变化重复但必然会引起其他变化.注意注意：不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当：不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能过程逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能将原来正过程的痕迹完全消除。将原来正过程的痕迹完全消除。热力学第二定律热力学第二定律例如不计阻力的单摆运动例如不
5、计阻力的单摆运动可逆过程。可逆过程。(1)(1)功热转换功热转换 功变热是功变热是自动地自动地进行的。进行的。功热转换的过程功热转换的过程是有方向性的。是有方向性的。(2)热传导热传导 热量是热量是自动地自动地从高温物体传到低温物体。从高温物体传到低温物体。热传递过程热传递过程是有方向性的。是有方向性的。(3)气体的绝热自由膨胀气体的绝热自由膨胀 气体气体自动地自动地向真空膨胀。向真空膨胀。气体自由膨胀过程气体自由膨胀过程是有方向性的。是有方向性的。一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。可逆过程是理想化的过程。可逆过程是理想化的过程。开尔文表述开尔文表
6、述121QQ%Q10002 不可能制成一种不可能制成一种循环动作循环动作的热机，它只从一个的热机，它只从一个单单一热源一热源吸取热量，并使之完全变成有用的功而吸取热量，并使之完全变成有用的功而不不引起其他变化引起其他变化。另一表述：另一表述：第二类永动机第二类永动机（从单一热源吸热并全部变为功的（从单一热源吸热并全部变为功的热机）是热机）是不可能实现的。不可能实现的。二、二、热力学第二定律热力学第二定律1.1.热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 克劳修斯克劳修斯表述表述WQ2 0W热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。2.2.两种表述的一致性两种表述的一致性高温热源高温热源T1低温热源低温热源T21Q2Q21QQQ 高温热源高温热源T1低温热源低温热源T2Q2Q21QQQ 2Q高温热源高温热源T1低温热源低温热源T21Q2Q21QWQ W高温热源高温热源T1低温热源低温热源T221QWQ W总之热二律的实质是表明一切自发过程都是不可逆总之热二律的实质是表明一切自发过程都是不可逆的。它是说明热力学过程的方向、条件和限制的。的。它是说明热力学过程的方向、条件和限制的。
