燃烧了。设r =7, =1.4，则
1
1 0.4 55%
7
p d
实际上汽油机的效率只有 25％左右。
c p0 a
O
V0
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e
b VV
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绝热过程： W E
W S E
E T2 T1
T1 T1
T2 T2
思考题：1.有两个热机分别用不同的热源作卡诺循环， 在P-V图上它们的循环所包围的面积相等，但形状不同， 问它们它们吸热和放热的差值是否相同？对外所作的 净功是否相同？效率是否相同？
p1
T1
4 T2
O
2
3
V
1
p
T3
2
4 T4
O
3
V
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p1
T1
4 T2
O
S
2
3
V
1
p
T3
2S
4 T4
O
3
V
1-2-3-4-1 循环
净功 W S
热差值 Q Q1 Q2 W
1 T2
T1
1 T4 T3
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思考题：2. P-V图中表示循环过程的曲线所包围 的面积，代表热机在一个循环过程中所作的净功。 如果体积膨胀的大些，面积就大了，所作的净功 就多了，因此卡诺热机的效率也就可以提高了， 这种说法对吗？
§20-1 热力学第二定律 --- 引言
热机的实际应用 老式蒸汽火车和现代燃煤发电厂
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开篇问题---- 请猜一猜
化石燃料发电厂在生产过程中会产生“热污染”，通过燃料燃 烧产生的热量并没有全部转化为电能，造成浪费的原因是： (a)如果释放出部分热量，热机效率仍很高。 (b)现有的工程技术，还没有能力100％回收利用废热。 (c)能量转化为有用的功时必然产生废热，这是自然的基本特性 (d)发电厂依赖化石燃料，而不是核燃料。 (e) 以上都不是。
循环包括:正循环(顺时针)--热机 逆循环(逆时针)--致冷机
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P
W =S绿色
a-m-b方向做功W1，正功
b-n-a方向做功W2，负功
a-m-b-n-a系统对外作的总功
W= W1+ W2 正功
V
P
m
b
.n
a
O Va
V Vb
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P
W =S绿色 P
W =S红色
V
Va
Vb Vc Va Vd
卡诺热机效率
e理想
1
TL TH
卡诺热机效率与工作 物质无关，只与两个热源 的温度有关，两热源的温 差越大，则卡诺循环的效 率越高。
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卡诺定理
1） 在相同高温热源和低温热源之间工作的任
意工作物质的可逆热机都具有相同的效率 .
2） 工作在相同的高温热源和低温热源之间的一
(3)爆炸、作功过程
在上述高温压缩气体中，用电火花或其他方式引起气体燃
烧爆炸，气体压强随之骤增，由于爆炸时间
p
短促，活塞在这一瞬间移动的距离极小
d
，这近似是个等体过程（图中过程cd）
。这一巨大的压强把活塞向右推动而作
功，同时压强也随着气体的膨胀而降低 c
e
，爆炸后的作功过程可看成一绝热过程
（图中过程de）
p0 a
b
O
V0
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VV
(4)排气过程
开放排气口，使气体压强突然降为大气压，这过程近似 于一个等体过程（图中过程eb），然后再由飞轮的惯性带 动活塞，使之从右向左移动，排出废气，这是个等压过程 （图中过程ba）。
气体主要在循环的等体过程cd中吸热（相当于在爆炸中
产生的热），而在等体过程eb中放热（相当于随
p1
T1 2
W
Q吸
4 T2
O
3V
卡诺循环 1- T2
T1
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讨论
1- T2
图中两卡诺循环 1 2 吗 ？
T1
p
W1 W2
T1
W1
T2
W2
o
V
1 2
p
T1
o
T3 W1 W2
W1
W2
T2
V
1 2
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例20-2 虚假宣传？
卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静 态绝热过程组成 .
高温热源 TH QH
卡诺热机 W
QL
低温热源 TL
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理想气体卡诺循环热机效率的计算
p
p1 a Qab
p2
TH
b
p4
W
d
p3
Qcd TL
o Va Vd
Vb
c
V
Vc
卡诺循环
a — b 等温膨胀 b — c 绝热膨胀 c — d 等温压缩 d — a 绝热压缩
V
循环过程顺时针方向 系统对外作正功 W>0 系统吸热 Q=W>0
循环过程逆时针方向 外界对系统作功 W<0 系统放热 Q=W<0
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正循环:工质在整个循环过程中对外作的净功等于曲
线所包围的面积。工质从外界吸收热量的总和为QH,
放给外界的热量总和为QL
Q净 QH QL W净 0
热机需要吸收热量 115kJ/s 115kW
（b） e 1 QL / QH
QL 1 eQH 0.80115kJ 92kJ
热机将以 92kJ/s 92kW 的功率向周围环境释放热量。 上页 下页 返回 退出
练习A
绝热膨胀过程
eW /Q Q0 e ?
假想的完美热机 吸收的热量全部用于对外做功
所以这个循环的效率应为
1 Q2 1 Te Tb
Q1
Td Tc p
d
把气体看作理想气体，从绝热
过程de及bc可得如下关系
V 1Te

V

0
1Td
V 1Tb V0 1Tc
c
p0 a
O
V0
e
b VV
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两式相减得
V 1 Te Tb V0 1 Td Tc
切不可逆热机的效率都不可能大于可逆热机的效率 .
以卡诺热机为例，有
e QH QL TH TL
QH
TH
( 不可逆热机 ) （可逆热机）
练习B
一台发动机的吸气温度 TH 400K排气温度TL 300K ， 以下哪个选项是热机不可能达到的工作效率？
(a) 0.10；(b) 0.16；(c) 上0.2页4；下(页d) 返0回.30退出
W Q e 1
但它非循环过程，并不违背第二定律。 违背第二定律，不可能实现。
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永 动 机 的 设 想 图
热力学第二定律开尔文表述
不可能制造成功这样的热机，将吸收的热量全部转 变为功，而不产生其他影响。
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§20-3 可逆与不可逆过程；卡诺热机
可逆过程 : 在系统状态变化过程中,如果逆过 程能重复正过程的每一状态, 而不引起其他变化, 这样的过程叫做可逆过程 .
正循环过程是将吸收的热量QH中的一部分转化为有 用功W净，另一部分QL放回给外界 热机：通过工质连续不断地将热转化为功的装置。
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热机 ：持续地将热量转变为功的机器 .
工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量 并对外做功的物质 .
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锅炉
气缸 冷凝器
泵
蒸汽机中水循环过程
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热力学第二定律的克劳修斯（1822-1888）表述
热量能自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地从 低温物体传到高温物体。
热传导不可逆
T1>T2 热量从系统1传到系统2
T1
热量不能自动从低温->高温
T2
其反过程不会自动实现
热力学第二定律表明了自然界过程发生的方向。
对于定律的阐述有各种不同的表述，它们都是等价的。
如何提高循环效上率页？下页 返回 退出
例20-1 汽车的效率。
汽车发动机的效率是20%，在它运行的过程中会每秒 做功23000J。试求：（a）它需要吸收多少热量？（b） 发动机每秒排出多少废热？
解：（a） e W / QH
QH
W e

23000J 。0.20
1.15105 J
115kJ
亦即
Te
Tb

V0
1

Td Tc V
pLeabharlann d 111
1 1
1

V V0

r
式中 r= V/V0 叫做压缩比。
c
p0 a
O
V0
e
b VV
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计算表明，压缩比愈大，效率愈高。汽油内燃机
的压缩比不能大于7，否则汽油蒸汽与空气的混合气 体在尚未压缩至c点时温度已高到足以引起混合气体

nRTL
ln
Vc Vd
b— c 绝热过程
Vb 1TH Vc 1TL
d — a 绝热过程
Va 1TH Vd 1TL
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p
p1 a Qab
p2
TH
b
p4