可逆過程和不可逆過程容積功省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)?wù)n件

1/21可逆過程和不可逆過程容積功

介紹可逆過程和不可逆過程容積功計(jì)算方法容積功計(jì)算容積功計(jì)算2/102/21§2—4可逆和不可逆過程一、可逆過程熱力學(xué)體系處于平衡狀態(tài)時(shí)，體系內(nèi)部壓力和溫度均勻一致，而且也等于外界壓力和溫度。當(dāng)外界壓力或溫度變更時(shí)，體系平衡狀態(tài)被破壞，但經(jīng)過一定時(shí)間以后，體系重新到達(dá)另一平衡狀態(tài)，在從原來(lái)平衡狀態(tài)到新平衡狀態(tài)過程中，要經(jīng)過一系列不平衡狀態(tài)，這無(wú)法用狀態(tài)參數(shù)來(lái)描述，在壓容圖上也不能用確切點(diǎn)來(lái)表示，所以更不會(huì)有狀態(tài)方程式描述其參數(shù)之間關(guān)系。3/21熱力學(xué)中首先假定熱力學(xué)體系處于平衡狀態(tài)，其次假定實(shí)際改變過程是由無(wú)限靠近平衡狀態(tài)所組成所謂平衡過程。要想到達(dá)平衡過程，必須是外界壓力和溫度改變得很慢，這么才能可能在任何瞬間，使外界和體系之間以及體系內(nèi)部壓力差和溫度差都是無(wú)限??；換句話說，就是外界和體系之間或體系內(nèi)部隨時(shí)都處于力平衡和熱平衡狀態(tài)下所進(jìn)行改變過程，這么過程就叫平衡過程。

4/21因?yàn)槠胶鉅顟B(tài)在壓容圖上可用—個(gè)點(diǎn)表示，所以，平衡過程則可用一條由這些連續(xù)點(diǎn)所形成曲線表示，如圖l—2—5(a)所表示。至于不平衡過程普通不能在坐標(biāo)圖上表示，但有時(shí)在起始和終了兩平衡狀態(tài)之間用虛線示意，如圖1—1—5(b)所表示，工程實(shí)際中，氣缸內(nèi)氣體分子運(yùn)動(dòng)速度很快，以至于氣體內(nèi)部很快地到達(dá)平衡狀態(tài)，整個(gè)過程也就非?？拷粋€(gè)平衡過程。5/21假如體系完成某一熱力過程以后，有可能使體系沿著該過程反方向進(jìn)行改變，而且使參加過程外界和體系一起都能各自按攝影反次序經(jīng)過正向過程各個(gè)狀態(tài)，最終都能回到自己原來(lái)狀態(tài)，而未使體系和外界發(fā)生任何改變，則該熱力過程就叫做可逆過程；不然，就叫做不可逆過程。比如圖1—2—6表示由工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成體系，工質(zhì)從熱源吸熱，并沿134567路徑進(jìn)行平衡膨脹過程。6/21在這一平衡膨脹過程中，工質(zhì)對(duì)活塞作了膨脹功，若是沒有摩擦損失理想機(jī)器，則膨脹功以動(dòng)能形式全部?jī)?chǔ)存在飛輪中，此時(shí)若利用飛輪動(dòng)能來(lái)推進(jìn)活塞逆行，使工質(zhì)沿276543l壓縮，則壓縮工質(zhì)所消耗功，恰與膨脹時(shí)產(chǎn)生功相等。另外，在壓縮過程中，工質(zhì)同時(shí)向熱源放熱，所放熱量也沽與膨脹時(shí)所吸收熱量相等。由此可見，當(dāng)工質(zhì)恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)1時(shí)，機(jī)器與熱源也都恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，過程所牽涉到整個(gè)體系全部都恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)而不留下任何改變，這么一個(gè)改變過程，就是可逆過程。7/21若圖l—2—6表示體系所進(jìn)行是不平衡膨脹過程，那么工質(zhì)作用力大于外界反抗力，工質(zhì)所做膨脹功顯然大于飛輪所取得動(dòng)能，利用這動(dòng)能顯然不足以壓縮工質(zhì)使之沿原來(lái)旅程2765431恢復(fù)到原狀態(tài)，為了使壓縮工質(zhì)沿原旅程恢復(fù)到起始狀態(tài)，勢(shì)必要由外界供給額外功。另外，因?yàn)闊岵黄胶?，工質(zhì)在吸熱時(shí)；工質(zhì)溫度隨時(shí)都低于熱源溫度，而當(dāng)逆向進(jìn)行時(shí)，溫度較低工質(zhì)就不可能把先前所吸收熱量全部交還給熱源，而是有一部分熱量必須向另一溫度更低熱源放熱。8/21二、不可逆過程當(dāng)工質(zhì)進(jìn)行了一個(gè)不平衡過程以后，必定產(chǎn)生一些不可逆復(fù)后遺效果，而多消耗了外界所供給功，并使之轉(zhuǎn)化成熱能，同時(shí)將高溫?zé)嵩礋崮苻D(zhuǎn)移至低溫?zé)嵩?，全部這些都不能使過程所牽涉整個(gè)體系全部恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。所以這么一個(gè)不平衡過程也是一個(gè)不可逆過程。9/21有摩擦存在過程也是不可逆。因?yàn)樵谡蜻^程氣體膨脹功。有一部分消耗了摩擦而變?yōu)闊?，而在反向過程中，不但不能把正向過程由摩擦變成熱量再轉(zhuǎn)化回來(lái)變成功，而且還要消耗摩擦功而變成熱量，所以有摩擦過程也是不可逆過程。三、可逆過程必須滿足條件1、熱平衡2、力平衡3、沒有摩擦10/21在實(shí)際過程中，極少能滿足力平衡、熱平衡以及沒有摩擦這三個(gè)條件，所以，一切實(shí)際過程都是不可逆過程。不可逆過程必將引發(fā)一些后遺效果意味著熱力學(xué)上損失，而可逆則是一個(gè)不引發(fā)任何熱力學(xué)損失理想過程，所以可逆過程比較簡(jiǎn)單，它有利于理論上分析研究和計(jì)算簡(jiǎn)便。在熱力學(xué)中主要是研究可逆過程。11/21§2—5容積功(膨脹功或壓縮功)一、容積功圖1—2—7所表示氣缸內(nèi)氣體氣體進(jìn)行可逆膨脹時(shí)，氣缸內(nèi)氣體壓力為P，若活塞面積為A，則氣體作用于活塞上總力為PA，當(dāng)活塞向右移動(dòng)一微小距離dx時(shí)，氣體對(duì)活塞所做功為12/21氣體膨脹時(shí)，容積功為正，叫膨脹功；，氣體被壓縮時(shí)，容積功為負(fù)，叫壓縮功。因?yàn)楣腿莘e為廣延量，所以其中m為氣缸內(nèi)氣體質(zhì)量，1kg氣體所做容積功

13/21活塞從位置1移動(dòng)到位置2，該過程容積功為在已知起始和終了狀態(tài)參數(shù)及壓力與比容關(guān)系以后，就能夠積分，并得出容積功數(shù)值。關(guān)系式不一樣，所求得功數(shù)值也就不一樣。另外，在壓容圖上，pdv用狹長(zhǎng)條陰影面積表示，那么，過程1—2氣體所做容積功就是過程1-2下面面積12341。14/21過程線1-2不一樣，該面積也就不一樣，這就說明氣體容積功不但決定起始和終點(diǎn)狀態(tài)，而且還與過程性質(zhì)相關(guān)，所以容積功是過程量，而不是狀態(tài)量，僅代表過程中功，而不是全微分符號(hào)，不能寫成()而只能寫成。只有可逆過程才能夠用此公式來(lái)計(jì)算氣體對(duì)外所做容積功。公式中氣體壓力是指氣體絕對(duì)壓力，在以后公式中，都是如此。若是不可逆過程，工程壓力隨比容改變關(guān)系無(wú)法確定，因而也就無(wú)法去計(jì)算容積功。15/21例氣缸內(nèi)氣體壓力按玻義耳—馬略特定律。Pv=常數(shù)規(guī)律進(jìn)行改變，試求其中氣體由狀態(tài)1改變至狀態(tài)2容積功。解因pv=常數(shù)，故pv=常數(shù)／v，代人式(1—2—9)即得1kg氣體容積功為16/21氣體膨脹時(shí)，v>v由上式求出為正值；反之，氣體壓縮時(shí)，v<v，求出即為負(fù)值。對(duì)可逆過程而言，熱力學(xué)第一定律解析式

或容積功與過程性質(zhì)相關(guān)，內(nèi)能與過程性質(zhì)無(wú)關(guān)，內(nèi)能改變和容積功總和所代表熱量也必定與過程性質(zhì)相關(guān)17/21所以換熱量不但決定于氣體起始和終了狀態(tài)，而且還與氣體改變過程相關(guān)，所以