等效热降法是基于热力学的热功转换原理

热力学第二定律的两种表述及其等效性热力学第二定律的两种表述及其等效性1热力学第二定律的开尔文表述2热力学第二定律的克劳修斯表述3两种表述的等效性问题的提出:能否制造效率等于100%的热机?211||1Q W ηQ Q '==-热当|Q 2|=0时, W′=Q 1, η热=100%高温热源T 1低温热源T 21Q 1W Q =02＝Q 工作物质从单一热源吸收热量而对外作功。

若热机效率能达到100%, 则仅地球上的海水冷却1℃ , 所获得的功就相当于1014t 煤燃烧后放出的热量。

1. 热力学第二定律的开尔文表述从单一热源吸热并将其全部用来作功，而不放出热量给其它物体的机器(η =100%) .高温热源T 1低温热源T 21Q 1W Q '=热力学第二定律的开尔文表述 : 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。

开尔文说法反映了功热转换的不可逆性。

l 第二类永动机：(1) 热力学第二定律开尔文表述 的另一叙述形式:第二类永动 机不可能制成. 热功转化具有方向性说明21111Q W Q Q η'==-<热(2) 热力学第二定律的开尔文表述 实际上表明了低温热源T 2高温热源T 12Q 21Q Q =当|Q 2|=Q 1时, W =0, 2212||Q Q W Q Q η==-冷0W =热量可以自动地从低温物体传向高温物体.实践证明:自然界中符合热力学第一定律的过程不一定都能实现，自然界中自然宏观过程是有方向性的.η=∞冷2. 克劳修斯表述(Clausius's statement of second thermodynamics law)克劳修斯表述(Clausius‘s statement of second thermodynamics law)：不可能使热量自动地从低温物体传向高温物体，而不产生其他影响。

克劳修斯说法反映了热传导过程的不可逆性。

等容热效应和等压热效应
等容热效应和等压热效应是热学中的两个基本概念。

它们可以用于解释和理解液体、气体
以及其他物质在受热和冷却过程中所发生的变化。

本文将探讨两者之间的不同点，关注它
们如何影响热学系统以及如何运用这些概念来提高工程热学系统的效率。

首先，等容热效应描述了受热介质中热量的流动。

当介质受到热量时，它以恒定的容量和
压力，以不变的物态流动而引起热能改变。

它们是片状流动，这意味着能量的流动量不受
容器的改变影响。

这一概念是基于势能的热力学定律，即Joule-Thomson定律，提出的。

另一方面，等压热效应解释了受热介质中压力的变化。

当受热介质以恒定的压力扩散热量时，它们会以变化的容量和不同的物态流动，从而造成压力变化。

由于压力的变化，可以
将物质的特性变化作为参考标准。

等压热效应也是基于恒定功的热力学定律，即Clausius 定律提出的。

最后，等容热效应和等压热效应有着不同的应用，用于设计热学系统，以便改善效率。

等
容热效应能够提高系统效率，因为它不受容器容量的影响，所以可以使受热介质快速加热。

而等压热效应则可以减小介质受热时的压力变化，从而减少介质热膨胀量，有利于提高系
统的稳定性和可靠性。

总之，等容热效应和等压热效应是热学领域中不可或缺的两个重要理论概念，它们可以解
释和预测受热和冷却介质中热量的变化过程。

它们的概念和应用可以帮助工程师设计高效
的热学系统，减少系统的运行成本，提高热效率。

《热工基础及应用》第3版知识点第一章 热能转换的基本概念本章要求：1.掌握研究热能转换所涉及的基本概念和术语；2.掌握状态参数及可逆过程的体积变化功和热量的计算；3.掌握循环的分类与不同循环的热力学指标。

知识点：1.热力系统：根据研究问题的需要和某种研究目的，人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统，简称热力系或系统。

热力系可以按热力系与外界的物质和能量交换情况进行分类。

2.工质：用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。

3.热力状态：热力系在某瞬时所呈现的宏观物理状态称为热力状态。

对于热力学而言，有意义的是平衡状态。

其实现条件是：0,0,0p T μ∆=∆=∆=。

4. 状态参数和基本状态参数：描述系统状态的宏观物理量称为热力状态参数，简称状态参数。

状态参数可按与系统所含工质多少有关与否分为广延量（尺度量）参数和强度量状态参数；按是否可直接测量可分为基本和非基本状态参数。

5. 准平衡（准静态）过程和可逆过程：准平衡过程是基于对热力过程的描述而提出的。

实现准平衡过程的条件是推动过程进行的不平衡势差要无限小，即0p ∆→，0T ∆→（0μ∆→）。

6、热力循环：为了实现连续的能量转换，就必须实施热力循环，即封闭的热力过程。

热力循环按照不同的方法可以分为：可逆循环和不可逆循环；动力循环（正循环）和制冷（热）循环（逆循环）等。

动力循环的能量利用率的热力指标是热效率：0=t H W Q η；制冷循环能量利用率的热力学指标是制冷系数：L 0=Q W ε。

第二章 热力学第一定律本章要求：1. 深入理解热力学第一定律的实质；2. 熟练掌握热力学第一定律的闭口系统和稳定流动系统的能量方程。

知识点：1. 热力学第一定律：是能量转换与守恒定律在涉及热现象的能量转换过程中的应用。

热力学第一定律揭示了能量在传递和转换过程中数量守恒这一实质。

2. 闭口系统的热力学第一定律表达式，即热力学第一定律基本表达式：Q U W =∆+。

第二节热力学第一定律第三节能量守恒定律[学习目标］1。

理解热力学第一定律并会运用于分析和计算.2.理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律。

3.知道第一类永动机是不可能造成的．一、热力学第一定律［导学探究］一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本无法判定是经过做功的方法还是使用了热传递的方法使它的内能增加．因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能．既然它们在改变系统内能方面是等效的，那么当外界对系统做功为W,又对系统传热为Q时，系统内能的增量ΔU应该是多少?答案系统内能的增量ΔU＝Q＋W.［知识梳理］1．热力学第一定律：如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，物体内能的增加ΔU就等于物体吸收的热量Q和外界对物体做的功W之和．2．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W.3．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符W QΔU4.三种特殊情况(1)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．(2)若过程中外界没有对物体做功,即W＝0,则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．（3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．二、热力学第一定律应用举例[导学探究］1．理想气体的内能与什么因素有关？答案由于理想气体忽略了分子间的作用力,即忽略了分子势能，所以理想气体的内能只跟气体的温度和物质的量有关，与气体的体积无关．2．你能应用热力学第一定律讨论理想气体在等压膨胀过程中的能量转换关系吗？答案设一定质量的理想气体,保持压强不变,由（V1，T1)变为（V2,T2)，而且V1＜V2。

由盖·吕萨克定律错误!＝错误!及V1＜V2知T1＜T2.因气体膨胀（V1＜V2）,则气体对外做功,W＜0。

因气体温度升高(T1＜T2)，则气体的内能增加ΔU＞0。

由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q＝ΔU－W＞0.即系统由外界吸收热量，系统吸收的热量一部分用来增加内能，一部分转化为气体对外所做的功．[知识梳理]1．等压过程中的能量转换（1）等压膨胀:由于W＜0，ΔU＞0，则Q＝ΔU－W＞0，即气体吸收的热量一部分用来增加内能，另一部分转化为气体对外所做的功．(2）等压压缩：由于W＞0，ΔU＜0，则Q＝ΔU－W＜0，即气体向外界放热，放出的热量等于外界对气体所做的功与气体内能减小量之和．2．等容过程中的能量转换（1）温度升高：由于ΔU＞0，W＝0,则Q＝ΔU,即气体从外界吸收的热量全部用于增加气体的内能．（2)温度降低，由于ΔU＜0,W＝0，则Q＝ΔU,即气体向外界放出的热量等于气体内能的减少量．3．等温过程中的能量转化(1）等温膨胀：由于W＜0，ΔU＝0，则Q＝－W＞0,即气体从外界吸收的热量全部转换为气体对外所做的功．(2)等温压缩：由于W＞0，ΔU＝0，则Q＝－W＜0，即外界对气体所做的功全部转换为气体传给外界的热量．三、能量守恒定律[导学探究］使热力学系统内能改变的方式是做功和热传递．做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程,热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能．在能量发生转化或转移时,能量的总量会减少吗？答案能量的总量保持不变．[知识梳理］1．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成为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变．2．对能量守恒定律的理解(1）某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．(2)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．3．能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等．各种形式的能通过某种力做功可以相互转化．4．第一类永动机(1）定义：不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器．(2）不可能制成的原因：违背了能量守恒定律．[延伸思考]热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗？答案是一、热力学第一定律例1(多选)关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是(）A．吸热的物体，其内能一定增加B．体积膨胀的物体,其内能一定减少C．放热的物体，其内能也可能增加D．绝热压缩的气体，其内能一定增加答案CD解析做功和热传递都能改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化．例2空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105J的功，同时空气的内能增加了1.5×105J,这一过程中空气向外界传递的热量是多少？答案5×104 J解析选择被压缩的空气为研究对象,根据热力学第一定律有ΔU ＝W＋Q.由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1。

热力学循环与功率热机的工作原理与效率计算热力学循环是工程热力学中的重要概念，它描述了物质在不同状态之间进行循环过程中的能量转化。

功率热机是利用热力学循环原理工作的一种机械装置，通过能量转化产生功率。

本文将介绍常见的几种热力学循环，包括卡诺循环、斯特林循环和布雷顿循环，并阐述它们的工作原理和效率的计算方法。

一、卡诺循环卡诺循环是理想的可逆循环，它由两个等温过程和两个绝热过程构成。

在卡诺循环中，工质从高温热源吸收热量，在等温过程中对外做功，然后将余下的热量排放到低温热源上。

卡诺循环的工作原理如下：1. 等温膨胀过程（1-2）：工质与高温热源接触，吸收热量Q1。

在此过程中，工质从低压状态膨胀到高压状态，对外做功W12。

2. 绝热膨胀过程（2-3）：工质与绝热面接触，不与外界交换热量。

在此过程中，工质膨胀，降低温度，对外做功W23。

3. 等温压缩过程（3-4）：工质与低温热源接触，放出热量Q2。

在此过程中，工质压缩为低压状态，对外做功W34。

4. 绝热压缩过程（4-1）：工质与绝热面接触，不与外界交换热量。

在此过程中，工质压缩，升高温度，对外做功W41。

卡诺循环的效率可由以下公式计算：η = 1 - Q2/Q1其中，Q1为高温热源吸收的热量，Q2为低温热源放出的热量。

卡诺循环的效率是所有热力学循环中能达到的最高效率。

二、斯特林循环斯特林循环是一种理想的可逆循环，它由两个等温过程和两个等容过程构成。

它与卡诺循环相比，对应的是工作物质由气体向气体转化的循环，适用于外燃循环式发动机。

斯特林循环的工作原理如下：1. 等温膨胀过程（1-2）：工质与高温热源接触，在等温状态下吸收热量Q1。

在此过程中，工质从低压状态膨胀到高压状态，对外做功W12。

2. 等容膨胀过程（2-3）：工质与绝热面接触，不与外界交换热量。

在此过程中，工质膨胀，降低温度，对外做功W23。

3. 等温压缩过程（3-4）：工质与低温热源接触，在等温状态下放出热量Q2。