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复习. 准静态过程中热力学第一定律的微分表述. 热力学第一定律的积分表述. §7 热力学第一定律对理想气体的应用. 等体过程 等压过程 等温过程 绝热过程. 由于空气的导热率很小，垂直运动中经历各气层的时间又很短，所以，运动气块与周围空气的热量交换作用极微弱，可看作空气作绝热运动. z. y. x. 绝热递减率. 大气结构的垂直稳定度. 不稳定. 稳定. 中性. 5 公里. 稳定气团. 中性气团. 不稳定气团. 大气温度随高度的降低率≧绝热递减率（ 1K/100m). b. 大气温度随高度升高的降低率 < 绝热递减率 (1K/100m).
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复习 准静态过程中热力学第一定律的微分表述 热力学第一定律的积分表述
§7 热力学第一定律对理想气体的应用 • 等体过程 • 等压过程 • 等温过程 • 绝热过程
由于空气的导热率很小，垂直运动中经历各气层的时间又很短，所以，运动气块与周围空气的热量交换作用极微弱，可看作空气作绝热运动.由于空气的导热率很小，垂直运动中经历各气层的时间又很短，所以，运动气块与周围空气的热量交换作用极微弱，可看作空气作绝热运动. z y x 绝热递减率
大气结构的垂直稳定度 不稳定 稳定 中性 5公里 稳定气团 中性气团 不稳定气团
大气温度随高度的降低率≧绝热递减率（1K/100m)大气温度随高度的降低率≧绝热递减率（1K/100m) b. 大气温度随高度升高的降低率<绝热递减率(1K/100m)
大气温度随高度的降低率: • 实际上大气中气温直减率随时在变化，其大小是由季节和天气系统等因素决定的。 • 在对流层（离地面的距离小于12公里）中，气温垂直变化的总趋势是，气温随高度的增加而逐渐降低温度。风速不大的晴朗的白天，有利于污染物的扩散(垂直升降)。 • 原因：大气不能吸收太阳短波辐射，但地面能吸收太阳辐 射而升温并放出长波辐射. • 在逆温层，大气温度随高度而上升。风速较小的晴朗的夜间，不利于大气污染物的扩散。 • 原因：夜间地表散热。
习惯上常把逆温、等温以及气温垂直递减率很小的气层叫阻档层，它严重地阻碍地面气流的上升运动，使大气污染物停滞积聚在近地面空气中，从而加速大气污染的程度。国外多次大气污染事件几乎都发生在上述气象条件下 20世纪中期以来世界十大公害事件 1、马斯河谷烟雾事件 2、洛杉矶光化学烟雾事件 3、多诺拉烟雾事件 4、伦敦烟雾事件 5、水俣病事件 6、骨痛病事件 7、日本米糠油事件 8、印度博帕尔事件 9、切尔诺贝利核泄漏事件 10、剧毒物污染莱茵河事件
焚风 焚风现象是由于湿空气越过山脉，在山脉被风坡一侧下沉时增温，使气团变得又干又热。因而气团所经之地湿度明显下降，气温会迅速升高。 亚洲的阿尔泰山、欧洲的阿尔卑斯山、北美的落基山东坡等都是著名的焚风出现区。中国不少地区有焚风，比较明显的如天山南坡，太行山东坡，大兴安岭东坡的焚风现象，其增温影响甚至在多年月平均气温直减率上也可促使作物、水果早熟，强大的焚风可造成干热风害和森林火灾。冬季强焚风可引起山区雪崩等。
3.4 多方过程 气体进行的实际过程往往既非绝热又非等温。 多方过程
多方过程 绝热 p 等温 等体 等压 V
p O V
从任一初态到任一末态都可以用以上热学过程组合实现。从任一初态到任一末态都可以用以上热学过程组合实现。 等压 p 等体 等温 等体 O V
§8 循环过程和卡诺循环 §4.1 循环过程 等压 p p 等体 等温 等体 O O V V
物质系统从某个状态出发，经过若干个不同的变化过程，又回到它的原来状态的整个过程称为循环过程，或简称循环。循环中所包括的每一个过程叫做分过程。其物质系统亦称为工作物质或简称工质。物质系统从某个状态出发，经过若干个不同的变化过程，又回到它的原来状态的整个过程称为循环过程，或简称循环。循环中所包括的每一个过程叫做分过程。其物质系统亦称为工作物质或简称工质。 热循环最典型的例子是热机，即把热转换为功的机械。如蒸汽机、内燃机、汽轮机等等。
蒸汽机： 1765年，瓦特制成蒸汽机（英国人萨维利1698年，纽可门1705年各自独立发明） 1807年，富尔顿的克莱蒙特号用24马力的瓦特蒸汽机驱动两只明轮，从纽约沿哈德逊河航行240公里至奥尔伯尼，宣告了蒸汽船的诞生。 1814年，斯蒂芬森的蒸汽机车火车。 (1788年，美国人菲奇曾经用蒸汽机的连杆模拟人的手臂划桨并在费城进行实验) 1896年5月6日，美国航空事业先驱兰利在弗吉尼亚让一架12公斤重的飞机在30米空中飞行了3000米，速度约每小时40公里
瓦特为蒸汽机的推广使用做出了不可磨灭的重要贡献、有力的推动了社会的前进。恩格斯在《自然辨证法》中这样写道：“蒸汽机是第一个真正国际性的发明……瓦特给它加上了一个分离的冷凝器，这就使蒸汽机在原则上达到了现在的水平。” 瓦特为蒸汽机的推广使用做出了不可磨灭的重要贡献、有力的推动了社会的前进。恩格斯在《自然辨证法》中这样写道：“蒸汽机是第一个真正国际性的发明……瓦特给它加上了一个分离的冷凝器，这就使蒸汽机在原则上达到了现在的水平。” 瓦特改进、发明的蒸汽机是对近代科学和生产的巨大贡献，具有划时代的意义，它导致了第一次工业技术革命的兴起，极大的推进了社会生产力的发展。后人为了纪念这位伟大的发明家，把功率的单位定为“瓦特”。 附：少年时代的瓦特，由于家境贫苦和体弱多病，没有受过完整的正规教育。 １８１９ 年８ 月２５ 日, 瓦特与世长辞了, 终年８４ 岁．为了纪念瓦特, 人們修建了很多纪念碑．上面都刻着＂ingenioet la－bore＂的文字, 意思是: 才能加努力方能成功． 以蒸汽为动力的想法不是瓦特的首创。最先研究蒸汽动力技术的是意大利一位著名的艺术家，那就是达芬奇。他曾经为大炮设计过一种图样，开动大炮的动力就设想来自蒸气。这是能找到的最早的以蒸气为动力的设想。
1695年，荷兰物理学家惠更斯的学生和助手—法国人巴本（Denis Papin ，1647-1714）第一个发明了汽缸有活塞的蒸汽机，用以取水和推磨。第一台可以把热能转变为机械能的实验型的蒸汽泵。 ——结构不完善，但它是第一个蒸气在汽缸内作功的机器，但操作不便。
1698年，英国人托玛斯·塞维利（T.Savery 1650-1715）。 • 1705年，英国铁匠托马斯·纽科门在塞维利抽水机的基础上加以改进，制造出了第一台真正可用作动力的蒸汽抽水机。 1705年，纽科门蒸汽机，水冷却气缸，能量损失很大。
循环过程示意图 高温高压蒸汽 B — 锅炉； C —汽缸； R —冷凝器； P —泵。 Q1 B A2 A1 P C R 冷凝水 Q'2 正循环热机：将热量转化为机械功的热机 热机效率：热量转化为机械能的百分比。
冷气机和热泵 如果将致冷机的高温热源置于室外，而使室内空气降温，这就是通常的冷气机；反之将低温热源置于室外，而向室内供热，则叫做热泵。
对热机和制冷机，人们关心的核心问题是热机的效率和致冷系数对热机和制冷机，人们关心的核心问题是热机的效率和致冷系数
以理想气体为工作物质的准静态循环过程 1）热量 与温度 之比的积分恒等于0。 p b A c a d o V1 V2 V 2）效率最高的热机为卡诺循环热机。
理想气体卡诺循环热机 在19世纪上半叶，人们从理论上研究如何提高热机效率。1824年，法国青年工程师卡诺，提出了一种理想热机。这种热机的工质只与两个恒温热源交换能量，并且不存在散热、漏气和摩擦等因素，称为卡诺热机，其循环称为卡诺循环。卡诺循环在理论上指出了提高热机效率的可靠途径，并由此奠定了热力学第二定律的基础。
水力发电利用水的落差发电 利用高温热源的产生的热量来发电如何实现？
卡诺循环是一个由四个平衡过程组成的准静态过程，在循环过程中工作物质只与两个恒定热源交换热量。卡诺循环是一个由四个平衡过程组成的准静态过程，在循环过程中工作物质只与两个恒定热源交换热量。
(1) ab 过程:等温膨胀 卡诺热机 (2) bc :气体绝热膨胀 (3) cd 过程: 等温压缩 (4) da 过程:气体绝热膨胀
（1） 提高效率的途径： 提高 或降低 (不经济) （2） 普遍适用 只适用于卡诺循环
例 热电厂 按卡诺循环计算 实际最高效率：36％ 原因： 非卡诺循环，耗散（摩擦等）
卡诺致冷机的效率 致冷系数
狄塞尔(Diesel)循环 p ab: 绝热压缩 bc: 等压吸热 cd: 绝热膨胀 da: 等体放热 c b d a V
补充： 四行程汽油机或柴油机，在一个工作循环中，只有一个行程作功，其余三个行程都是为作功行程创造条件的辅助行程。因此，单缸发动机工作不平稳。现代汽车都采用多缸发动机，在多缸发动机中，所有气缸的作功行程并不同时进行，而尽可能有一个均匀的作功间隔。例如六缸发动机，在完成一个工作循环中，曲轴旋转两周即720度，曲轴转角每隔120度就有一个气缸作功。因而多缸发动机曲轴运转均匀，工作平稳，并可获得足够大的功率。
例三：斯特令循环 Alpha型斯特令循环： 有两个活塞，一个热活塞，一个冷活塞
斯特令循环分解示意图 2-3, 上面汽缸的气体被等体转移到下面的汽缸，并定体冷却 3-4, 下面的汽缸等温压缩 3 2 4 1 4-1, 下面汽缸的气体等体转移到上方，并定体加热 1-2, 上面汽缸的高温气体等温膨胀做功
Beta型斯特令循环： 一个动力活塞 (power pistol) 一个隔断活塞 (displacer pistol)
C-D，继续转移气体到低温热源，B点和D点汽缸体积相同，B到D的过程等效为等体冷却（2-3）C-D，继续转移气体到低温热源，B点和D点汽缸体积相同，B到D的过程等效为等体冷却（2-3） B-C，开始把高温气体转移到低温热源 斯特令循环分解示意图 C B D D-A，大部分气体与低温热源接触，为等温压缩(3-4), 同时定体加热(4-1) A A-B ，高温气体推动活塞做功，等温膨胀(1-2)
