第4章 热力学第二定律与熵

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1、第4章热力学第二定律与熵基本要求1．在深刻领会热力学第二定律实质的基础上，认识能量不仅有"量"的多少，而且还有"质"的高低。2．掌握卡诺定律。掌握熵的意义、计算和应用。3．掌握孤立系统和绝热系统熵增的计算，从而明确能量损耗的计算方法。4．了解用（可用能、有效能）的概念及其计算。5．学会用熵分析法或用分析法对热力过程进行热工分析，认识提高能量利用经济性的方向、途径和方法。基本要点一、热过程的方向性与热力学第二定律的表述二、卡诺循环和卡诺定律1．卡诺循环　　2．概括性卡诺循环3．卡诺定理　　4．多热源的可逆循环三、熵的导出及孤立系熵增原

2、理1．熵是状态参数　　2．克劳修斯不等式3．孤立系熵增原理四、熵方程1．闭口系的熵方程　　2．开口系的熵方程五、用及计算1．热量用　　2．稳定流动工质的焓用3．热力学能用4-0概述　　1.热力学第一定律:能量既不会消失,也不会产生,它只会从一种形式转化成另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体.即：　　2.热力学第二定律:不可能使热量从低温物体转到高温物体而不引起外界的变化.即:　　3.热力学第二定律的基本任务:阐明热过程进行的方向,条件和限度,找出任何热过程方向性的一般判据.4-1自发过程的方向性，不可逆性与热力学第二定律　　　

3、　一、自发过程:不需要外界的帮助就能自动进行的过程称为自发过程,自发过程具有方向性.　　二、热过程的几种形式:　　机械能热能　　高温热低温热　　化学势高化学低　三、可逆过程:　　过程正反各一次,系统和外界都完全恢复原状,不引起其他变化.也就是准静态过程+无耗散效应　　四、不可逆过程:　　欲使系统和外界都恢复原状,必引起其他变化.　　　　五、结论：　　自发的热过程都是不可逆过程;　　不可逆过程是由不可逆因素引起的;　　不可逆因素包括:耗散效应,有限势差;　　所有的不可逆过程在其不可逆这一点上是完全等价的.　六、热力学第二定律　　1.克

4、劳休斯说法:不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化.　　2.开尔文说法:不可能从单一物体取热使之完全变为功而不引起其它变化.　　注意:上述两种表达式完全等价的;它表明了热力过程的方向性,热的品质高低问题.4-2卡诺循环与概括性卡诺循环一.卡诺循环：由两个等温过程和两个绝热过程组成。　　　　　　　　　　　　　　图　　　　　图卡诺循环的热效率：　回热：循环中工质内部互相传递热量称为回热。　　概括性卡诺循环：回热方法在两热源间实现的可逆循环称为概括性卡诺循环。二.卡诺定理：　　定理一:在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的可逆

5、热机的热效率，恒高于不可逆热机的热效率。　　定律二：在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的可逆热机有相同的热效率，而与工质无关。卡诺定理的意义：　　1.卡诺定理指出了热效率的极限；　　2.提高热效率的根本途径在于提高热源温度,降低冷源温度，以及尽可能的减少不可逆因素。　　3.温度为的热源放出的热量转化为有用功为：　　　　　　　　式中为大气环境温度，为热源放出的热量。　　三.逆卡诺循环和性能系数　　逆卡诺循环由两个等温和定温过程组成，但循环方向相反。卡诺制冷机的制冷系数为：　　　　　　式中为高温热源的温度，为低温热源的温度,为所耗的

6、功。卡诺热泵的供热系数为：　　　　式中为热泵供的热量，为所耗的功。　小结：　　可逆热机的热效率：　　不可逆热机的效率恒低于可逆热机的效率：　　　　　　　　　　　　多热源的一切可逆热机：　　　　四.熵的定义及物理意义　　　　熵的定义式：　　熵的宏观物理意义：　　熵的变化是系统非作功能的量度。　　克劳休斯积分式：　　可逆过程中熵的变化:4-3有效能与无效能　　有效能：可以转化为有用功的能量。　　无效能：不能转化为有用功的能量。　　　　热量的有效能与无效能　　（1）　　　（2）,;其中表示冷量。4-4能量贬值原理与熵增原理　　能量贬值原理

7、：孤立系进行热力过程时，有效能只会减少，不会增加，极限情况下保持不变，可表示为：　　　　　　　　　　熵增原理：孤立系进行任何过程，熵只会增加，不会减少，理想情况下则保持不变。表示为：　　　　　　　　　　热力学第二定律的数学表达式:　　表达式1：　　表达式2：4-5熵的意义及应用　　熵产：任何不可逆因素都将引起有效能退化为非作功能，由此而产生的熵增称之为熵产。记做：且有：　　熵流：由非作功能迁移而引起的熵变化称为熵流，记做：　　热熵流：因热量传递引起的熵，记做：　　质熵流：因物质迁移伴随着内能进入或离开系统而引起的熵流，记做：熵的意义

8、：克劳休斯不等式：当闭口系进行不可逆过程时，故有：　　可逆过程：当系统进行可逆过程时，故有:　　熵产与有效能损失：若以I代表有效能损失，以代表环境温度，以代表熵产，则有：