第十章 地球化学热力学数据库
（殷辉安，1988； , 1994; , 1997）
热力学数据内洽性、热力学数据的测量、相平衡数据处理、数据库实例
为了对矿物岩石体系平衡关系作出预测，需要有各地球化学相（纯矿物、熔体组分、流体）的内洽的热力学数据库。地球化学热力学数据库在过去的几十年间得到了发展。1995年以来，又有6套相对高精度的地球化学热力学数据库( , 1995; , 1996; , 1997; ., 1998; ., 1998; , 1998)问世 ，给地质学研究带来了不少方便。
10.1热力学数据的内洽性
所谓热力学数据的内洽性( )，指的是数据之间不存在相互矛盾、热力学数据与已有的实验之间也不存在矛盾的现象。只有内洽的热力学数据，才能客观地反映实际，所以，在研究中，应该从内洽的热力学数据库获取数据。
10.2 热力学数据的测量
完整的地球化学热力学数据库，应该包括每一地球化学相（端元矿物、熔体组分、流体等）的标准摩尔生成焓(0f H Δ)、标准摩尔熵(0S )、标准摩尔体积(0V )、摩尔恒压热容(P C )、等压热膨胀系数(V α)、等温压缩系数 (V β)以及电解质的溶解度、电导率、电动势等参数。这些参数的测试方法不完全相同，有量热法、光谱法、电化学测定法等化学上传统的方法，以及新方法例如高温量热、实验相平衡等方法。其中，量热测量()可以获得恒压摩尔热容，相应地可以计算得到标准摩尔生成焓和熵。对于矿物，通常的标准状态选取1 、298.15 K 。
实验相平衡所获得的矿物热力学数据在目前可能是最可靠的。因为不仅其热力学内洽性可以得到保证，而且其精度可以得到改善。可以说，除量热法之外，实验相平衡研
究是减小矿物热力学数据不确定度的主要方法。
对于固体矿物，通过X 光衍射，可以获得矿物的晶胞参数，即单位晶胞的轴长a 、b 、c()及轴间角α、β、γ（度）。晶体的单位晶胞体积(3)表达为cos γcos β2cos αγcos βcos αcos 1abc Vc 222??+---=
矿物的密度ρ(3)定义为单位晶胞的质量与体积之比，即
ρ = () = (602.252)
式中M 为摩尔质量(g)，Z 为单位晶胞中的矿物分子数，为常数(=6.022×1023)，其中i i m
1i n a M Σ==。m 为组分数，i n 为矿物化学式中元素i 的系数，i a 为元素i 的原子量。
摩尔体积为V(3) = ρ。
10.3 相平衡实验数据的处理
由实验相平衡研究获得矿物热力学数据的条件是：（1）原始实验物质的成分和性质已知；（2）反应的平衡关系采用“逆转”实验( )方法圈定；（3）求得之反应方向发生逆转的区间范围()较窄。
关于实验相平衡数据处理，通常我们面临三个基本问题：（1）确定其热力学内洽性；
（2）求出理想的、符合热力学原理的平衡曲线；（3）导出“未知相”的热力学性质。
曲线拟合法、线性规划法是目前文献中处理相平衡实验数据的几种常用方法。此处以线性规划法为例，说明相平衡实验数据的处理。
10.3.1线性规划确定热力学数据的内洽集
（殷辉安，1988）
处理实验相平衡数据的一种较严格的数学解析方法是所谓的线性规划( )方法。线性规划是数学规划（ ）的一种。
(1972)、 (1973)强调指出，应该从彼此内洽的、代表平衡真实位置极限的实验数
据提取有关的热力学参数。这样，采用线性规划法，可以同时达到检验实验数据的热力学内洽性、提取相应热力学参数的目的。
若将矿物化学反应之ΔH、ΔS作为未知数，则在平衡条件下(Δ0)，可有ΔH(298.15K) = TΔS(298.15K)-ΔG’
在ΔH(298.15K)-ΔS(298.15K)坐标系中，上式是一条以T为斜率、-ΔG’为截距的直线。
根据逆转实验( )的特点，对应于每一个实验点（每一个半区间），要么ΔH(298.15K) < TΔS(298.15K)-ΔG’，要么ΔH(298.15K) > TΔS(298.15K)-ΔG’。
这样，测定热力学常数的问题就变成了求解上述两式定义的一组线性不等式。根据线性规划分析要求，此二式应该写成≤或≥的形式。对于不等式，其未知数不可能有确定解，但是通常有一组可行解。
ΔH(298.15K)-ΔS(298.15K)图中，满足ΔH(298.15K) < TΔS(298.15K) -ΔG’的可行解在理论上就应当是下图箭头所指示的阴影半区间内的任一点。
满足ΔH(298.15K) < TΔS(298.15K) -ΔG’的可行解在理论上就应当是图中箭头所指示的阴影半区间内的任一点。而满足ΔH(298.15K) > TΔS(298.15K)-ΔG’的可行解就应当是另一半区间内的任一点。
这样，对应于逆转实验的所有半区间，只要它们在热力学上是彼此内洽的，则在ΔH(298.15K) -ΔS(298.15K)图上就可以得到一个满足所有不等式的凸多边形，见下图所示。
或者说，只有这一凸多边形区域才是关于这些不等式的唯一的数学上的集。虽然，从实验角度无法知道平衡的ΔH(298.15K)、ΔS(298.15K)值的确切位置，但是它们必然位于该区域内。倘若在实验上确定的逆转实验点(半区间)已经不止一对，却不能得到这样一个区域，则说明各实验数据彼此不洽合，即从热力学原理看，它们彼此是矛盾的，其中某些实验数据必然有错误。这就为我们确认实验数据的可靠性提供了依据。
上述凸多边形内洽区可借助线性规划法求得。所谓线性规划，简言之，就是把一个称为目标函数的线性函数加上一组约束条件，使之成为极大或极小。这些约束条件可以包括等式或不等式。计算出目标函数在可行的凸多边形之某一顶点之值，然后沿着此多边形之棱边依次地求出目标函数在其他顶点处之值，即可得到同时满足所有不等式之凸多边形区域。
如下图所示，设ΔH(298.15K) < TΔS(298.15K) -ΔG’所表达的两个实验点分别为I、J。一般而言，在ΔH(298.15K)-ΔS(298.15K)坐标中便有交于O点的两条直线I、J。显然，在O点有：
ΔS(298.15K) = [ΔG’(J)-ΔG’(I)]/[T(J)(I)]
ΔH(298.15K) = T(I)ΔΔG’(I)或ΔH(298.15K) = T(J)ΔΔG’(J)
一般均有上述结果。将那些同所有实验点都洽合的交点都保留下来，即得上述凸多边形内洽区域。
当然，矿物相的任何性质或其结合均可选做目标函数。例如，（1973, 1977）采用ΔG和ΔS做目标函数，而(1983, 1984)则取ΔH、ΔS做目标函数。
由此可见，线性规划法可以提供一组保证同所有实验数据都洽合的结果。不仅如此，线性规划法可以将量热测量与相平衡实验数据结合一起处理，以导出所研究矿物相的热力学数据内洽集。但是，这种结果是一个可行解范围，即实质上为无穷多组解，而不是唯一的一组解。因此，不可能以通常概念论及这种解的误差大小或不确定度范围。
已知ΔH、ΔS数据后，根据相应矿物的热力学性质便很容易求出未知相的标准生成焓Δ(298.15K)、标准生成熵Δ(298.15K)。
第十章热力学定律 知识网络： 一、 功、热与内能 ●绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。 ●内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母U 表示。 ●热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。 ●热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。 二、 热力学第一定律、第二定律 第一定律表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所作的功的和。表达式u W Q ?=+ 第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。 应用热力学第一定律解题的思路与步骤： 一、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。 二、别列出物体或系统(吸收或放出的热量)外界对物体或系统。 三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。 四、几种特殊情况： 若过程是绝热的，即Q=0，则：W=ΔU ，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 若过程中不做功，即W=0，则：Q=ΔU ，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU=0，则:W+Q=0,外界对物体做的功等于物体放出的热量。
对热力学第一定律的理解： 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。 对热力学第二定律的理解: ①在热力学第二定律的表述中,自发和不产生其他影响的涵义，自发是指热量从高温物体自发地传给低温物体的方向性，在传递过程中不会对其他物体产生影响或需要借助其他物体提供能量等的帮助。不产生其他影响的涵义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，必须通过第三者的帮助，这里的帮助是指提供能量等，否则是不可能实现的。 ②热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 对能量守恒定律的理解： ③在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应，如物体做机械运动具有机械能，分子运动具有内能等。 ④某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 ③某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 三、能量守恒定律 ●能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一物体，在转化和转移的过程中其总量不变 ●第一类永动机不可制成是因为其违背了热力学第一定律 ●第二类永动机不可制成是因为其违背热力学第二定律（一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行）●熵：是分子热运动无序程度的定量量度，在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的。 ①熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样。 ②系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大。系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少，也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减少。 ③任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递。 ④一切自然过程的发生和发展中，总熵必定不会减少。 ●能量耗散：系统的内能流散到周围的环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用。 四、能源和可持续发展： ●能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。 ●化石能源：人们把煤、石油叫做化石能源。 ●生物质能：生物质能指绿色植物通过光合作用储存在生物体内的太阳能，储存形式是生物分子的化学能。 ●风能：为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，我国新疆、内蒙古等地已经开始大规模利用风力发电。
第十章自我测验题 1、画出柴油机混合加热理想循环的p－v图和T－s图，写出该循环吸热量、放热量、净功量和热效率的计算式；并分析影响其热效率的因素有哪些，与热效率的关系如何？ 2、画出汽油机定容加热理想循环的p－v图和T－s图，写出该循环吸热量、放热量、净功量和热效率的计算式，分析如何提高定容加热理想循环的热效率，是否受到限制？ 3、柴油机的热效率高于汽油机的热效率其主要原因是什么？ 4、怎样合理比较内燃机3种理想循环（混合加热循环、定容加压循环、定压加热循环）热效率的大小？比较结果如何？ 5、画出燃气轮机装置定压加热理想循环的p－v图和T－s图。分析如何利用压气机绝热效率和燃气轮机相对内效率确定实际压气机出口的温度和实际燃气轮机出口的温度，怎样来提高定压加热实际循环的热效率？ 6、燃气轮机装置定压加热实际循环采用回热的条件是什么？一旦可以采用回热，为什么总会带来循环热效率的提高？ 7、朗肯循环的定压吸热是在________中进行的，绝热膨胀是在________中进行的，在冷凝器中发生的是________过程，在水泵中进行的是_______过程。 8、试将如图所示的蒸汽再热循环的状态点1、2、3、4、5、6及循环画在T－s图上。假设各状态点的状态参数已知，填空： 9、如图所示的一级抽汽回热（混合式）蒸汽理想循环，水泵功可忽略。试： （1）定性画出此循环的T－s图和h－s图；
（2）写出与图上标出的状态点符号相对应的焓表示的抽汽系数，输出净功，吸热量，放热量，热效率及汽耗率的计算式。 10、某气体依次经历绝热、定容、定压3个可逆过程完成循环。试在T－s图上判断该循环是热机循环还是制冷循环。 11、蒸气压缩制冷循环可以采用节流阀来代替膨胀机，空气压缩制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？ 12、何谓制冷系数？何谓热泵系数？试用热力学原理说明能否利用一台制冷装置在冬天供暖。 13、一内燃机按定容加热理想循环工作，其进口状态为p1＝98kPa，t1＝60℃，压缩比为6，加入热量q1=879kJ/kg。工质视为空气，比热容为定值，试： （l）在p－v图和T－s图上画出该机的理想循环； （2）计算压缩终了温度、循环最高温度、循环放热量及循环热效率。 14、内燃机定压加热循环，工质视为空气，已知p1＝100kPa，t1＝70℃，压缩比为12， 。设比热容为定值，求循环的吸热量、放热量、循环净功量及循环热效率。 15、一内燃机混合加热循环，已知p1＝103kPa，t1＝22℃，压缩比为16，定压加热过程比体积的增量占整个膨胀过程的3％，循环加热量为801.8kJ/kg。求循环最高压力、最高温度及循环热效率。 16、一燃气轮机装置定压加热循环，工质视为空气，进入压气机时的温度p1＝93kPa，t1＝20℃，在绝热效率为0.83的压气机中被压缩到p2＝552kPa。在燃烧室中吸热后温度上升到t3＝870℃，经相对内效率为0.8的燃气轮机绝热膨胀到p4＝93kPa。空气的质量流量为10 kg／s。设空气比热容为定值，试求： （l）循环的净功率； （2）循环热效率。 17、如图所示的一次再热和一级抽汽回热蒸汽动力理想循环，新蒸汽与再热蒸汽温度相同，回热器为表面式，疏水进人凝汽器，被加热水出口焓看作等于抽汽压力下的饱和水焓，水泵功可忽略。试：
10-1蒸汽朗肯循环的初参数为16.5MPa 、550℃，试计算在不同背压p2=4、6、8、10及12kPa 时的热效率。 解：朗肯循环的热效率 3 121h h h h t --= η h1为主蒸汽参数由初参数16.5MPa 、550℃定 查表得：h1=3433kJ/kg s1=6.461kJ/(kg.K) h2由背压和s1定 查h-s 图得： p2=4、6、8、10、12kPa 时分别为 h2=1946、1989、2020、2045、2066 kJ/kg h3是背压对应的饱和水的焓 查表得。 p2=4、6、8、10、12kPa 时饱和水分别为 h3=121.41、151.5、173.87、191.84、205.29 kJ/kg 故热效率分别为： 44.9％、44％、43.35％、42.8%、42.35％ 10-2某朗肯循环的蒸汽参数为：t1＝500℃、p2＝1kPa ，试计算当p1分别为4、9、14MPa 时；（1）初态焓值及循环加热量；（2）凝结水泵消耗功量及进出口水的温差；（3）汽轮机作功量及循环净功；（4）汽轮机的排汽干度；（5）循环热效率。 解：（1）当t1＝500℃，p1分别为4、9、14MPa 时初焓值分别为： h1=3445、3386、3323 kJ/kg 熵为s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K) p2＝1kPa(s2=s1)对应的排汽焓h2：1986、1865、1790 kJ/kg 3点的温度对应于2点的饱和温度t3=6.98℃、焓为29.33 kJ/kg s3=0.106 kJ/(kg.K) 3`点压力等于p1，s3`=s3， t3`=6.9986、7.047、7.072℃ 则焓h3`分别为：33.33、38.4、43.2 kJ/kg 循环加热量分别为：q1=h1-h3`=3411、3347、3279.8 kJ/kg （2）凝结水泵消耗功量： h3`-h3 进出口水的温差t3`-t3 （3）汽轮机作功量h1-h2 循环净功=0w h1-h2-( h3`-h3) （4）汽轮机的排汽干度 s2=s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K) p2＝1kPa 对应的排汽干度0.79、0.74、0.71 （5）循环热效率1 0q w =η＝
第10章 热力学基础 一、选择题 1. 两个相同的刚性容器，一个盛有氢气，一个盛氦气(均视为刚性分子理想气体)开始时它们的压强和温度都相同，现将3 J 热量传给氨气，使之升高到一定的温度。若使氢气也升高同样的温度，则应向氢气传递热量为 (A)6 J (B)3 J (C)5 J （D ）l0 J [ ] 2. 对于物体的热力学过程, 下列说法中正确的是 (A) 内能的改变只决定于初、末两个状态, 与所经历的过程无关 (B) 摩尔热容量的大小与所经历的过程无关 (C) 在物体内, 若单位体积内所含热量越多, 则其温度越高 (D) 以上说法都不对 [ ] 3. 有关热量, 下列说法中正确的是 (A) 热是一种物质 (B) 热能是物质系统的状态参量 (C) 热量是表征物质系统固有属性的物理量 (D) 热传递是改变物质系统内能的一种形式 [ ] 4. 关于功的下列各说法中, 错误的是 (A) 功是能量变化的一种量度 (B) 功是描写系统与外界相互作用的物理量 (C) 气体从一个状态到另一个状态, 经历的过程不同, 则对外做的功也不一样 (D) 系统具有的能量等于系统对外做的功 [ ] 5. 1mol 理想气体从初态(T 1, p 1, V 1 )等温压缩到体积V 2, 外界对气体所做的功为 (A) 121ln V V RT (B) 2 11ln V V RT (C) )(121V V p - (D) 1122V p V p - [ ] 6. 物质的量相内能同的两种理想气体, 一种是单原子分子气体, 另一种是双原子分子气体, 从同一状态开始经等体升压到原来压强的两倍．在此过程中, 两气体 (A) 从外界吸热和内能的增量均相同 (B) 从外界吸热和内能的增量均不相同 (C) 从外界吸热相同, 内能的增量不相同 (D) 从外界吸热不同,的增量相同 [ ] 7. 理想气体由初状态( p 1, V 1, T 1）绝热膨胀到末状态( p 2, V 2, T 2)，对外做的功为
第10章热力学基础 学习指导 、基本要求 1.理解准静态过程功、热量、内能及摩尔热容的概念，并掌握其运算。 2.理解热力学第一定律，并熟练掌握热力学第一定律在理想气体等值过程、绝热过程中的应用。 3.理解循环过程的意义。掌握循环过程中能量传递和转化的特点，会熟练计算热机效率、制冷机的制冷系数。 4.理解热力学第二定律的两种表述及统计意义。理解可逆过程和不可逆过程的概念, 理解卡诺定理及熵增原理。 、知识框架
、重点和难点 1 .重点 (1) 掌握热力学第一定律及其应用，尤其是在几个等值过程中的应用。 (2) 熟练掌握热力学系统循环过程中，各阶段的特性及其相关物理量的运算。 2. 难点 (1) 掌握热力学第一定律的应用。 (2) 掌握等值、绝热过程在系统循环过程中的运算。 (3) 对热力学第二定律及其有关概念的理解。 四、基本概念及规律 1?准静态过程 若热力学过程中，任一中间状态都可看作平衡态，该过程叫作准静态过程。 2.理想气体在准静态过程中对外做的功 pdV 对于微小过程 dW = pdV 3. 理想气体在准静态过程中吸收的热量 式中，C 为摩尔热容。 4. 摩尔热容 摩尔热容表示1摩尔质量的物质温度升高 5. 理想气体的内能 M C V,m T 理想气体的内能只是温度的单值函数。 理想气体内能的变化量 m C v,m T 2 M 理想气体的内能改变量仅取决于始末状态的温度，与所经历的过程无关。 6. 热力学第一定律 1K 所吸收的热量。 (1) 定体摩尔热容 C v,m 一 dQ v M 4R (2) 定压摩尔热容 C P,m dQ p —dT M (3) 迈耶公式 C P,m = C V,m ' R (4) 比热容比 -C p,m ； C v,m E 2 -巳
第10章动力循环及制冷循环 10．1本章基本要求 (101) 10．2 例题 (101) 10．3 思考及练习题 (107) 10．4自测题 (110)
10．1本章基本要求 1．熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。 2．熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。 3．了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。 10．2 例题 例1：某朗肯循环的蒸汽参数取为1t =550C 0 ，1p =30bar ，2p =0.05bar 。试计算1) 水泵所消耗的功量，2) 汽轮机作功量, 3) 汽轮机出口蒸汽干度, 4) 循环净功， 5) 循环热效率。 解：根据蒸汽表或图查得1、2、3、4各状态点的焓、熵值： 1h =3568.6KJ/kg 1s =7.3752kJ/kgK 2h =2236kJ/kg 2s =7.3752kJ/kgK 3h =137.8kJ /kg 3s =0.4762kJ/kgK 4h =140.9kJ/kg 则 1) 水泵所消耗的功量为 34h h w p -==140.9-137.78=3.1kJ/kg 2) 汽轮机作功量 21h h w t -==3568.6-2236=1332.6kJ/kg 3) 汽轮机出口蒸汽干度
2p =0.05bar 时的'2s =0.4762kJ/kgK "2s =8.3952kJ/kgK. 则 =--=' 2 "2' 2 2s s s s x 0.87 或查h-s 图可得 x =0.87. 4) 循环净功 p T w w w -=0=1332.6-3.1=1329.5kJ/kg 5) 循环热效率 411h h q -= =3568.6-140.9=3427.7KJ/kg 故 1 q w T = η =0.39=39% （i ）p 3a =6.867bar ，t 3a =490℃ 水泵的功8.0)(12÷-=p p v w a p =0.001(686.7-9.81)÷0.8=0.846kJ/kg w net =923.57-0.846=922.72kJ/kg (ii) p 3b =58.86 bar ，t 3b =490℃ 水泵的功8.0)(12÷-=p p v w b p =0.001(5886-9.81)÷0.8=7.34 kJ/kg w net =1057.5-7.34=1050.16 kJ/kg
第10章 制冷循环 第10章 制冷循环 10-1 在商业上还用“冷吨”表示制冷量的大小，1“冷吨”表示1吨0℃的水在24小时冷冻到0℃冰所需要的制冷量。证明1冷吨=3.86kJ/s 。已知在1标准大气压下冰的融化热为333.4kJ/kg 。 解：1冷吨=333.4 kJ/kg ×1吨/24小时=333.4×1000/(24×3600) kJ/s=3.86kJ/s 压气机入口T 1= 263.15K 压气机出口 K T T k k 773.4165 15.2634 .114.1112=×==??π 冷却器出口T 3=293.15K 膨胀机出口 K T T k k 069.1855 15.2934 .114.113 4=== ??π 制冷量 ()()kg kJ T T c q p c /393.78069.18515.263004.141=?×=?= 制冷系数
第10章 制冷循环 ()()()() 71.1069.18515.26315.293773.416069 .18515.263413241=????=????== T T T T T T w q net c ε 10-4 压缩空气制冷循环中，压气机和膨胀机的绝热效率均为0.85。若放热过程的终温为20℃，吸热过程的终温为0℃，增压比π=3，空气可视为定比热容的理想气体，c p =1.004kJ/（kg·K ），k =1.4。求：（1）画出此制冷循环的T-s 图；（2）循环的平均吸热温度、平均放热温度和制冷系数。 433'4循环的平均吸热温度 ()K T T T T s q T c c 887.248986.22515.273ln 986.22515.273ln 41 41 1 4=?=?=?= ′′′ 循环的平均放热温度 ()K T T T T s q T 965.33915.293638.391ln 15.293638.391ln 3 232230 0=?=?=?= ′′′
物理选修3---3第十章热力学定律知识点汇总 （填空训练版） 知识点一、功和内能 1、绝热过程： 热力学系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程，称为绝热过程。 2、内能： 内能是一种与热运动有关的能量。在物理学中，我们把物体内所有分子作无规则运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。内能用字母U 表示。在宏观上，热力学系统的内能U 是状态量的函数，由系统的分子数、温度、体积决定。 3、绝热过程功和能的关系 功是过程量，能量是状态量，功是能量变化的量度。某热力学系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量U U U 1 2-= ?就等于外界对系统所做的功W ，即 W U =? 可见，这一过程实现了其它形式的能与内能之间的转化。 知识点二、热和内能 1、热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。 2、热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。 3、热传递过程热和能的关系 某热力学系统从状态1经过单纯的传热过程达到状态2时，内能的增加量U U U 1 2-= ?就等于外界对系统传递的热量Q ，即 Q U =? 可见，这一过程只是实现了内能与内能之间的转移。 知识点三、热力学第一定律、能量守恒定律 1、热力学第一定律
①热力学第一定律表述： 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所作的功的和。 ②热力学第一定律表达式 ? U+ = Q W ③应用热力学第一定律解题的思路与步骤： 1)、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。 2）、分别列出物体或系统(吸收或放出的热量)和外界对物体或系统所做的功。 3）、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。 4）、几种特殊情况： 若过程是绝热的，即Q=0，则：W=ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 若过程中不做功，即W=0，则：Q=ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU=0，则:W+Q=0,外界对物体做的功等于物体放出的热量。 ④对热力学第一定律的理解： 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。 2、能量守恒定律 ①能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一物体，在转化和转移的过程中其总量不变。 ②对能量守恒定律的理解：
功、热与内能 ?绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。 ?内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母 ?热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。 ?热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。 热力学第一定律、第二定律 第一定律表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所作的功的和。表达式 第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。另一种表述: 库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。 应用热力学第一定律解题的思路与步骤: 、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。 二、别列出物体或系统（吸收或放出的热量）外界对物体或系统。 三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也 同样依照规则来解释其意义。 四、几种特殊情况: 若过程是绝热的，即 Q=0,则：g U,外界对物体做的功等于物体内能的增加。 若过程中不做功，即 W=Q 贝y ： Q=A U,物体吸收的热量等于物体内能的增加。 知识网络: U 表示。 （开尔文表述）不可能从单一热
若过程的始末状态物体的内能不变，即△U=0,则:W+Q=O,外界对物体做的功等于物体放出的热量。 对热力学第一定律的理解： 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。 对热力学第二定律的理解 ① 在热力学第二定律的表述中,自发和不产生其他影响的涵义，自发是指热量从高温物体自发地传给低温物体的方向性，在传递过程中不会对其他物体产生影响或需要借助其他物体提供能量等的帮助。不产生其他影响的涵义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，必须通过第三者的帮助，这里的帮助是指提供能量等，否则是不可能实现的。 ②热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 对能量守恒定律的理解： ③在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应，如物体做机械运动具有机械能，分子运动具有内能等。 ④某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 ③某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 三、能量守恒定律?能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一物体，在转化和转移的过程中其总量不变 ?第一类永动机不可制成是因为其违背了热力学第一定律 ?第二类永动机不可制成是因为其违背热力学第二定律一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行）?熵：是分子热运动无序程度的定量量度，在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的。 ①熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样。 ②系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大。系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展, 至少无序程度不会减少，也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从熵
第十章热力学定律 一、选择题 1.浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验目的是要说明（）A.做功可以升高物体的温度 B.做功可以改变物体的内能 C.做功一定可以增加物体的内能 D.做功可以增加物体的热量 2.以下过程不可能发生的是（） A.对物体做功，同时物体放热，物体的温度不变 B.对物体做功，同时物体吸热，物体的温度不变 C.物体对外做功，同时放热，物体的内能不变 D.物体对外做功，同时吸热，物体的内能不变 3.下面设想符合能量守恒定律的是（） A.利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器 B.做成一条船利用河水的能量逆水航行 C.通过太阳照射飞机使飞机起飞 D.不用任何燃料使河水升温 4．关于系统内能的下列说法中正确的是( ) A．物体内所有分子的平均动能与分子势能的总和叫物体的内能 B．当一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化 C．外界对系统做了多少功W，系统的内能就增加多少，即ΔU＝W D．系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能就增加多少，即ΔU＝Q 5．一定量的气体膨胀对外做功100 J，同时对外放热40 J，气体内能的增量ΔU是() A．60 J B．－60 J C．－140 J D．140 J 6.固定的水平汽缸内由活塞B封闭着一定量的理想气体，气体分子之间的相互作用力可以忽略．假设汽缸壁的导热性能很好，外界环境的温度保持不变．若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，如图所示，则在拉动活塞的过程中，汽缸内气体的下列结论，正确的是( ) A．气体对外做功，气体内能减小 B．气体对外做功，气体内能不变 C．外界对气体做功，气体内能不变 D．气体向外界放热，气体内能不变 7．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)( ) A．内能增大，放出热量B．内能减小，吸收热量 C．内能增大，对外界做功D．内能减小，外界对其做功 8．给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体() A．从外界吸热B．对外界做负功 C．分子平均动能减小D．内能增加
第十章热力学定律 知识点一做功和内能的变化 1．用下述方法改变物体的内能，属于做功的方式是()． A．用锤子打铁时，铁块发热B．用磨刀石磨刀时，刀发热C．双手互搓，手发热D．用天然气烧水 2．在给自行车轮胎打气时，会发现胎内空气温度升高，这是因为()．A．胎内气体压强不断增大，而容积不变 B．轮胎从外界吸热 C．外界空气温度本来就高于胎内气体温度 D．打气时，外界不断地对胎内气体做功 3．一定质量的气体封闭在绝热的汽缸内，当用活塞压缩气体时，一定增大的物理量有(不计气体分子势能)()． A．气体体积B．气体分子密度 C．气体内能D．气体分子的平均动能 4．下列说法中正确的是()． A．“摩擦生热”的现象，实际上是做功改变物体的内能 B．柴油机点火的道理是压缩气体做功，气体的内能增加，温度升高，使喷入汽缸内的雾状柴油燃烧 C．做功改变物体的内能实质上是机械能与内能间的相互转化 D．瓶内的高压气体将瓶塞冲开，瓶内气体温度降低，其原理是气体在膨胀时对外做功，内能减少，温度降低 知识点二热传递和内能的变化 5．热传递的规律是()． A．热量从内能大的物体传给内能小的物体 B．热量从内能较小的物体传给内能较大的物体 C．热量从温度高的物体传给温度低的物体 D．热量从高温内能大的物体传给低温内能小的物体 6．下列关于内能与热量的说法中，正确的是()． A．马铃薯所含热量高 B．内能越大的物体热量也越多 C．热量自发地从内能大的物体流向内能小的物体 D．热量自发地从温度高的物体流向温度低的物体
7．在一个完全真空的绝热容器中放入两个物体，它们之间没有发生热传递，这是因为()． A．两物体没有接触B．两物体的温度相同 C．真空容器不能发生热对流D．两物体具有相同的内能 知识点三做功和热传递与内能变化的关系 8．如图10-1、2-3甲所示的容器中，A、B中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热．打开阀门前，A中水面比B中水面高，打开阀门后，A 中的水逐渐向B中流，最后达到同一高度，在这个过程中()． B．水克服大气压力做功，水的内能减少 C ．大气压力对水不做功，水的内能不变 D．大气压力对水不做功，水的内能增加 图10-1、2-3 9．做功和热传递是等效的，这里指的是()． A．它们能使物体改变相同的温度B．它们能使物体增加相同的热量 C．它们能使物体改变相同的内能D．它们本质上是相同的 热力学第一定律的理解和应用 10．(2013山东烟台)关于内能的变化，以下说法正确的是()． A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体对外做功，内能一定减少 C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变 11．若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外 界做了0.6 J的功，则此过程中气泡________(填“吸收”或“放出”)的热量是____J，气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了____J. 能量守恒定律的理解和应用 12．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是()． A．机械能守恒B．能量正在消失 C．只有动能和重力势能的相互转化 D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒 能的转化与守恒的综合应用
第十章蒸汽动力循环 蒸汽动力装置：是实现热能→机械能的动力装置之一。 工质：水蒸汽。 用途：电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。 本章重点： 1、蒸汽动力装置的基本循环 匀速 朗肯循环回热循环 2、蒸汽动力装置循环热效率分析 y T 的计算公式 y T 的影响因素分析 y T 的提高途径 10-1水蒸气作为工质的卡诺循环 热力学第二定律通过卡诺定理证明了在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率最高，但实际上存在种种困难和不利因素，使得实际循环（蒸汽动力循环）至今 不能采用卡诺循环但卡诺循环在理论上具有很大的意义。 二、为什么不能采用卡诺循环 若超过饱和区的范围而进入过热区则不易保证定温加热和定温放热，即不能 按卡诺循环进行。 p 51 C2 v 1-2绝热膨胀（汽轮机） 2-C定温放热（冷凝汽）可以实现 5-1定温加热（锅炉） C-5绝热压缩（压缩机）难以实现 原因： 2-C 过程压缩的工质处于低干度的湿汽状态 1 、水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定，而且 3 点的湿蒸汽比容比 水大的多 '2000'需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大3232
减少，同时对压缩机不利。 2、循环仅限于饱和区，上限T1受临界温度的限制，即使是实现卡诺循环，其理 论效率也不高。 3、膨胀末期，湿蒸汽所含的水分太多不利于动机 为了改进上述的压缩过程人们将汽凝结成水，同时为了提高上 限温这就需要对卡诺循环进行改进，温度采用过热蒸汽使 T1高于临界温度，改进的结果 就是下面要讨论的另一种循环—朗肯循环。 10-2朗肯循环 过程： 从锅炉过热器与出来的过热蒸汽通过管道进入汽轮机T，蒸汽部分热能在T 中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入C，对冷却水放出γ，凝结成水，凝结成的水由给水泵 P 送进省煤器 D′进行预热，然后在锅炉内吸热汽化，饱 和蒸汽进入 S 继续吸热成过热蒸汽，过程可理想化为两个定压过程，两个绝热 过程—朗诺循环。 1-2绝热膨胀过程，对外作功 2-3定温（定压）冷凝过程（放热过程） 3-4绝热压缩过程，消耗外界功 4-1定压吸热过程，（三个状态） 4-1 过程：水在锅炉和过热器中吸热由未饱和水变为过热蒸汽过程中工质与外界无技术功交换。 1-2 过程：过热蒸汽在汽抡机中绝热膨胀，对外作功，在汽轮机出口工质达到低压低温蒸汽状态称乏汽。 2-3 过程：在冷凝器中乏汽对冷却水放热凝结为饱和水。 3-4 过程：水泵将凝结水压力提高，再次送入锅炉，过程中消耗外功。
知识网络： 一、功、热与内能 ●绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。 ●内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母U表示。 ●热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。 ●热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。 二、热力学第一定律、第二定律 ?=+ 第一定律表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所作的功的和。表达式u W Q 第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。 应用热力学第一定律解题的思路与步骤： 一、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。 二、别列出物体或系统(吸收或放出的热量)外界对物体或系统。 三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。 四、几种特殊情况： 若过程是绝热的，即Q=0，则：W=ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 若过程中不做功，即W=0，则：Q=ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU=0，则:W+Q=0,外界对物体做的功等于物体放出的热量。 对热力学第一定律的理解： 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。 对热力学第二定律的理解: ①在热力学第二定律的表述中,自发和不产生其他影响的涵义，自发是指热量从高温物体自发地传给低温物体的方向性，在传递过程中不会对其他物体产生影响或需要借助其他物体提供能量等的帮助。不产生其他影响的涵义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，必须通过第三者的帮助，这里的帮助是指提供能量等，否则是不可能实现的。 ②热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 对能量守恒定律的理解： ③在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应，如物体做机械运动具有机械能，分子运动具有内能等。 ④某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 ③某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 三、能量守恒定律 ●能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一物体，在转化和转移的过程中其总量不变 ●第一类永动机不可制成是因为其违背了热力学第一定律 ●第二类永动机不可制成是因为其违背热力学第二定律（一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行）●熵：是分子热运动无序程度的定量量度，在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的。 ①熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样。 ②系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大。系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少，也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从熵
第十三章习题 热力学第一定律及其应用1、关于可逆过程和不可逆过程的判断： (1) 可逆热力学过程一定是准静态过程． (2) 准静态过程一定是可逆过程． (3) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程． (4) 凡有摩擦的过程,一定是不可逆过程． 以上四种判断，其中正确的是。 2、如图所示，一定量理想气体从体积V1，膨胀到体积V2分别经历的过程是：A→B等压过程，A→C等温过程；A→D绝热过程，其中吸热量最多的过程。 3、一定量的理想气体，分别经历如图(1) 所示 的abc过程，(图中虚线ac为等温线)，和图(2) 所 示的def过程(图中虚线df为绝热线)．判断这两 种过程是吸热还是放热． abc过程 热，def过程热． 4、如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部 分，左边盛有一定量的理想气体，压强为p0，右边为真空．今 将隔板抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压 强是。(= γC p/C V) 5、一定量理想气体，从同一状态开始使其体积由V1膨胀到2V1，分别经历以下三种过程：(1) 等压过程；(2) 等温过程；(3)绝热过程．其中：__________过程气体对外作功最多；____________过程气体内能增加最多；__________过程气体吸收的热量最多．V V
答案 1、（1）（4）是正确的。 2、是A-B 吸热最多。 3、abc 过程吸热，def 过程放热。 4、P 0/2。 5、等压， 等压， 等压 理想气体的功、内能、热量 1、有两个相同的容器，容积固定不变，一个盛有氦气，另一个盛有氢气（看成刚性分子的理想气体），它们的压强和温度都相等，现将5J 的热量传给氢气，使氢气温度升高，如果使氦气也升高同样的温度，则应向氨气传递热量是 。 2、 一定量的理想气体经历acb 过程时吸热500 J ．则 经历acbda 过程时，吸热为 。 3、一气缸内贮有10 mol 的单原子分子理想气体，在压缩过程中外界作功209J ， 气体升温1 K ，此过程中气体内能增量为 _____ ，外界传给气体的热量为___________________． (普适气体常量 R = 8.31 J/mol· K) 4、一定量的某种理想气体在等压过程中对外作功为 200 J ．若此种气体为单 原子分子气体，则该过程中需吸热_____________ J ；若为双原子分子气体，则 需吸热______________ J. p (×105 Pa) 3 m 3)
第十一章制冷循环 1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？ 答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？ 答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？ 答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。 4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？ 答： （a）（b） 压缩空气制冷循环状态参数图
压缩空气制冷循环的制冷系数为：()() 14 2314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε= == 空气视为理想气体，且比热容为定值，则：()() 14 2314T T T T T T ε-= --- 循环压缩比为：2 1 p p π= 过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有：1 3 22114 k k T T P T P T -??== ??? 代入制冷系数表达式可得：11 1 k k επ -= - 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（b ）中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小，其制冷量（面积199′1′1）小于循环1-2-3-4-1的制冷量（面积144′1′1）。 5.压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数？能否提高其实际制冷系数？为什么？ 答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数。因为采用回热后工质的压缩比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小，因此提高实际制冷系数。 6.按热力学第二定律，不可逆节流必然带来做功能力损失，为什么几乎所有的压缩蒸气制冷装置都采用节流阀？ 答：压缩蒸气制冷循环中，湿饱和蒸气在绝热膨胀过程中，因工质中液体的含量很大，故膨胀机的工作条件很差。为了简化设备，提高装置运行的可靠性，所以采用节流阀。 7.参看图 5，若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1 运行，循环耗功量没有变化，仍为h2-h1，而制冷量却从h 1-h 5.增大到h 1-h 8，显见是“有利”的。这种考虑可行么？为什么？ 答：过程4-8熵减小，必须放热才能实现。而4 点工质温度为环境温度T 0，要想放热达到温度T c （8点），必须有温度低于T c 的冷源，这是不存在的。(如果有，就不必压缩制冷了)。 8.作制冷剂的物质应具备哪些性质？你如何理解限产直至禁用氟利昂类工质，如R11、R12？ 答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度，要有适中的压力；在工作温度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在T-s 图上的上下界限线要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度；比体积要小；传热特性
第十章热力学定律 10.1 功和内能 1. 焦耳的实验 （1）两个具有代表性的实验：①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。 ②正在降落的重物使发电机发电，通过电流的热效应给水加热。 （2）实验结论：在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1 变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。也就是说，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2 决定，而与做功的方式无关。 （3）绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。 2. 内能 （1）定义：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。 （2）定义式：当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量ΔU＝U2－U1就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W ①当外界对系统做功，系统的内能增加，在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功。 ②当系统对外界做功，系统的内能减少。在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少。 （3）内能微观定义：系统中所有分子热运动的动能和分子间的相互作用势能的总和叫做系统的内能。系统的内能是由它的状态决定的。 10.2 热和内能 1. 热传递 （1）定义：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温， 温度低的物体要升温，我们说，热量从高温物体传到了低温物体。这 样的过程叫做热传递。 （2）热传递有三种方式：热传导、热对流和热辐射，如图所示。 （3）热传递的条件：①两个物体②存在温度差 2. 热和内能 （1）在外界对系统没有做功的情况下，热量是在单纯的传热过程中系统内能变 化的量度。吸收热量内能增加，放出热量内能减少。当系统从状态1经过单纯的传 热达到状态2，内能的增量ΔU＝U2－U1就等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU ＝Q （2）热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。所以不能说物体具有多 少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。 （3）做功与热传递区别：做功时内能与其他形式的能，如内能与机械能、内能与电能等发生转化，而热传递只是不同物体（或一个物体的不同部分）之间内能的转移。 （4）改变物体的内能的方式有做功和热传递，它们在改变物体内能上是等效的。 10.3 热力学第一定律能量守恒定律 1. 热力学第一定律 （1）内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定律。 （2）其数学表达式为：ΔU=W+Q