热工基础电子教案(4)

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1、2.5状态参数熵第二定律有多种表述，各种表述是等效的，最根本是告诉我们，所有热过程都是不可逆的，它们的发展是有方向性的。当然，不同的热过程有不同的可逆性，但不同的可逆性不是孤立的，彼此是相互联系的，它们有共同的本质特征。因此，可用同一物理量描述这一本质特征，这个物理量就是熵。所以熵是用来描述所有不可逆过程共同特征的热力学参数，是一个状态参数。熵是一个状态参数由卡诺定理，知道可逆热机效率显然有：或在这个式子的计算中，我们已取了ＱＬ的绝对值，考虑放热为负后，则有：亦即卡诺循环是两条等温线，两条绝热线组成，只有在等温过程才有传热。cdba12ABpV对任意过程组

2、成的循环而言，可用无数条可逆绝热线把该循环分割成无数个微元卡诺循环，对任意微元卡诺循环(abcd),都有把所有微元加起来，即亦即：从而可知的积分与路径无关，那么一定为某状态参数，令Ｓ取名为熵注意上述的讨论是对可逆过程，所以kJ/K,J/K(下标re代表可逆)比熵为：　　　　　　（kJ/kg•K,J/kg•K）或逆过程的熵变：2.6不可逆过程的熵变、熵流和熵产利用第二定律对热过程方向性的分析和研究，在很多情况下，是利用状态参数熵进行的。熵的本质（不可逆性）是“系统混乱度的量度”为什么可以用熵来作为不可逆性的标志呢？这是在把可逆过程与不可逆过程比较后发现的，可

3、逆过程时熵变为零，不可逆过程时熵变不为零，熵变越大（熵增加），过程不可逆性越大。可逆过程的熵变引进熵时，利用了可逆卡诺循环的效率公式，在那里指出,对任意可逆循环这时称为熵不可逆过程熵变会如何呢？对如图所示的不可逆过程,可用以前相同的分析方法，将循环用无数条绝热线化分，分成无数个微小循环。可用以前相同的分析方法，将循环用无数条绝热线化分，分成无数个微小循环。对每个不可逆循环，卡诺定理指出，其效率η小于同限温差下的卡诺循环效率：即cdba12ABpV再考虑系统吸热为负，则可化成综合全部微元，则有（等号对应可逆过程）这就是著名的克劳修斯不等式熵在上面的定义中，那

4、么，这里的不可逆过程中的与dS有什么关系呢？所以有设有如右图所示的不可逆过程１Ａ２Ｃ１：其中过程１－Ａ－２为不可逆过程２－Ｃ－１为可逆过程另假设有一路径１－Ｂ－２是可逆过程，那么根据上述分析得：pA12BCV∴由上两式可得：由于１－Ｂ－２为可逆过程，按熵的定义:１状态变化到２状态时:（由克氏不等式）（卡诺定理）所以:但熵是一个状态参数，变化只与初终态有关，对上面的１－Ａ－２或１－Ｂ－２均有（不可逆时）（可逆时）因此可概括为：可见，不可逆过程中熵变不能用求得，对可逆过程可以用计算熵变因此，要计算从某初态到终态任何不可逆过程的熵变，只需在初终态间选择任意可逆过

5、程来计算————这也是最一般的方法。在不可逆过程中，熵变dＳ大于过程工质的那么，将这一差值定义为：（称为熵产，generationofentropy）亦即熵变一部分是由与外界热交换引起的,为，可正可负，称为熵流，记为dＳf。另一部分是由不可逆因素引起的，称为熵产dＳg，（恒为正）即：dＳ=dＳf+dＳgdＳf是传热引起的，可以大于０，小于０，等于０；dＳg是由不可逆性引起的，只能大于零。∴dＳg≥０。不可逆性越大，dＳg越大。（熵变分为两部分）各种不可逆因素不是独立的，第二定律有不同的形式，从这里知道，不可逆性的实质是相同的，均可用dＳg表示。所以熵产是

6、所有不可逆性大小的共同量度。2.7孤立系统的熵增原理（isolatedsystem）孤立系与外界无任何能量与物质交换，即dQ=0熵流等于零。于是孤立系的熵变：dＳiso=dＳg≥０也就是说，对任一热力过程△Ｓiso≥０熵增原理——孤立系统的永不减小（可逆时熵变＝０，不可逆时熵变＞０）有了熵增原理，就可用之分析热过程的方向，如果某过程是使孤立系的熵增加了，则过程可行，使熵减少了，则不可行。如果要使熵减少了的过程仍然可行，必须进行补偿，补偿的最少也要使熵变为零。熵增原理，可以推广到社会科学领域，普利高津→城市学、经济学、生物学等领域。2.8能量的品质与能量的

7、贬值原理热量的间接利用的目的，——获取功量。因此，功是人类最可贵的能源，它的可变性也最好，可随意地转变为其它的能量，因而功的能量品质最高。在此，能量不但有数量的多少之分，更有品质的高低之别。能量的品质以它能转换为功的比例决定，转换的比例越高，品质越高。于是，热能Q的品质与它的温度有关，温度高，品质高。能量的贬值原理——任何自发的热过程，都只向着能量品质降低的方向发展，理想情况下，品质不变。稳定平衡定律：过程总是朝着单一的方向进行的（单向性），每个中间允许状态只能经历一次（演进性），过程的终态是唯一的（唯一性），当系统达到稳定平衡态时过程就结束（有限性）。过

8、程中系统的能量保持不变（守恒性），但是，系统能量的做功能力（能质）