热力学第二定律

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1、河北农业大学工程热力学教案第5章热力学第二定律主要内容：热力学第二定律的实质及表述；卡诺循环、卡诺定理；熵与熵方程；孤立系统熵增原理；可用能的损失及计算本章基本要求：理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无的概念。5.1热力学第二定律1、磨擦过程功可以自发转为热,但热不能自发转为功2、传热过程热量只能自发从高温传向低温3、.自由膨胀过程绝热自由膨胀为无阻膨胀,但压缩过程却不能自发进行4、混合过程两种气体混合为混合气体是常见的自发过程5

2、、燃烧过程燃料燃烧变为燃烧产物(烟气等),只要达到燃烧条件即可自发进行结论:说明了过程的方向性。自发的过程是不可逆的。6、热力学第二定律就是阐述关于过程进行的方向条件和深度，其中关键在于方向。热力学第二定律几种叙述。51河北农业大学工程热力学教案克劳修斯说法：热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其它变化热自发地由高低不能热自发的由低高开尔文—普朗克说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变为机械能，而不引起其它变化的循环发动机。总结：１．自发过程具有单向性不可逆性。　　　２．实现非自发过程需要补偿条件。　　　３．补偿要有一定数量，补偿量要足够。　　　４．能的质

3、量有高低。　　　５．热力学第二定律叙述是统一的。5.2可逆循环分析及其热效率一、卡诺循环:1、正循环组成：两个可逆定温过程、两个可逆绝热过程过程a-b：工质从热源(T1)可逆定温吸热b-c：工质可逆绝热(定'熵)膨胀c-d：工质向冷源(T2)可逆定温放热d-a：工质可逆绝热(定熵)压缩回复到初始状态。循环热效率：=面积abefa=面积cdfec51河北农业大学工程热力学教案因为得到分析：1、热效率取决于两热源温度，T1、T2，与工质性质无关。2、由于T1T20，因此热效率不能为13、若T1=T2，热效率为零，即单一热源，热机不能实现。二、概括性卡诺循环1、定义：由

4、两个可逆定温过程以及两个同类型的其他可逆过程组成的回热循环。概括性卡诺循环三、逆向卡诺循环定义：按与卡诺循环的路线而循反方向进行的循环。51河北农业大学工程热力学教案逆向卡诺制冷循环的制冷系数为：逆向卡诺热泵循环的供暖系数为：5.3卡诺定理一、卡诺定理：1、所有工作于恒温热源、恒温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为最高。2.在恒温热源与恒温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等.51河北农业大学工程热力学教案5.4熵参数、热过程方向的判据一、参数熵的导出任意工质经任一可逆循环，微小量沿循环的积分为零。即：熵参数导出用图不仅理想气体存在熵这样一个状态参数，对于

5、任何工质来说，都具有熵。二、热力学第二定律得表达式1.克劳修斯积分式克劳修斯积分式包括一个等式和一个不等式：式中：等号对可逆循环；不等号对不可逆循环。意义：任何闭口热力系，在进行了一个循环后，它和外界交换的微元热量与参与者亦微元换热过程时外界温度的币值的循环积分，不可能大于零，而只能小于零，或者最多等于零。可以利用熵方程来证明克劳修斯积分式的正确性。证明：对于闭口系，可利用式（4—11）(a)式(a)中熵产(b)等号：热力系内部无传热和热产的过程；不等号：热力系内部有传热和热产的过程式(a)中熵流(c)等号：热力系和外界交换热量时无温差的情况；不等号：热力系和外界

6、交换热量时有温差的情况。51河北农业大学工程热力学教案将式（b）和式（c）代入式（a）得(d)等号：可逆过程（即热力系内部无传热、无热产、和外界交换热量时无温差的过程）；不等号：不可逆过程而言。如果外界温度是均匀的，那么（d）式将变为积分后，得（1）若外界温度恒定不变，式(4—27)将变为(2)上面两式表明：当闭口系由状态1无论经过什么过程变化到状态2时，作为状态参数的熵的变化是一定的，都等于；如果这一状态变化所经历的过程是可逆的，那么这个闭口系的熵的变化等于外界的热温熵：如果这一状态变化所经历的过程是不可逆的，那么这个闭口系的熵的变化就一定大于外界的热温商。将式

7、(1)应用于循环，即得克劳修斯积分式：它可用来判断循环是否可逆。它将循环的内在特性和循环对外界的影响联系起来。2.熵流和熵产一般形式为：(输入熵一输出熵)+熵产=系统熵变或熵产=(输出熵一输入熵)+系统熵变得到：称为熵流，其符号视热流方向而定，系统吸热为正，系统放热为负，绝热为零)。称为熵产，其符号：不可逆过程为正，可逆过程为0。51河北农业大学工程热力学教案注意：熵是系统的状态参数，因此系统熵变仅取决于系统的初、终状态，与过程的性质及途径无关。然而熵流与熵产均取决于过程的特性。5.5熵增原理孤立系统熵增原理——过程进行的方向1．孤立系统：当系统和外界之间没有任何

8、形式的能量