第4章-热力学第二定律

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1、第四章热力学第二定律基本要求领会第二定律的实质;掌握卡诺定理;掌握熵的意义,计算,应用;掌握孤立系统和绝热系统熵增的计算;了解火用(可用能)的概念和计算.能量之间数量的关系热力学第一定律能量守恒与转换定律所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能自发进行自发过程的方向性自发过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程。自然界自发过程都具有方向性热量由高温物体传向低温物体摩擦生热水自动地由高处向低处流动电流自动地由高电势流向低电势自发过程的方向性功量自发过程具有方向性、条件、限度摩擦生热热量100%热量发电厂功量40%放热热力学第二定律的实质能不能找出共同的规律性?能

2、不能找到一个判据?自然界过程的方向性表现在不同的方面热力学第二定律§4-1热二律的表述与实质热二律的表述有60-70种1851年开尔文－普朗克表述热功转换的角度1850年克劳修斯表述热量传递的角度热功转换传热LordKelvin开尔文W.汤姆逊(WilliamThomson)（1824-1907）,英国;热二律(1851),开尔文温度(1848),焦汤系数(1852).1824.6.26生于爱尔兰的贝尔法斯特，1907.12.17在苏格兰的内瑟霍尔逝世。他的遗体被安葬在威斯敏斯特教堂牛顿墓的旁边。由于装设大西洋海底电缆有功，英国政府于1866年封他为爵士，后又于

3、1892年封他为男爵，称为开尔文男爵，以后他就改名为开尔文。1845年毕业于剑桥大学，1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学（物理学当时的别名）教授，任职达53年之久。1890～1895年任伦敦皇家学会会长。1877年被选为法国科学院院士。1904年任格拉斯哥大学校长。在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了贡献。MaxPlanckM.普朗克（1858-1947）德国发现能量子（量子理论）获1918诺贝尔物理学奖RudolphClausius（1822～1888）德国物理学家，是气体动理论和热力学的主要奠基人之一。1822.1.2生于

4、普鲁士的克斯林（今波兰科沙林）,1847年在哈雷大学主修数学和物理学的哲学博士学位。从1850年起，曾先后任柏林炮兵工程学院、苏黎世工业大学、维尔茨堡大学、波恩大学物理学教授。他曾被法国科学院、英国皇家学会和彼得堡科学院选为院士或会员。RudolphClausiusR.克劳修斯主要成就：热一律热二律1850年，《论热的动力以及由此推出的关于热学本身的诸定律》--一、二定律1854年，《力学的热理论的第二定律的另一种形式》---可逆循环的热二率表示式1865年，《力学的热理论的主要方程之便于应用的形式》---熵，熵增原理开尔文－普朗克表述不可能从单一热源取热，并

5、使之完全转变为有用功而不产生其它影响。热机不可能将从热源吸收的热量全部转变为有用功，而必须将某一部分传给冷源。理想气体T过程q=w冷热源:容量无限大，取、放热其温度不变理想气体T过程q=wTspv12热机：连续作功构成循环12有吸热，有放热但违反了热力学第二定律热二律与第二类永动机第二类永动机：设想的从单一热源取热并使之完全变为功的热机。这类永动机并不违反热力学第一定律第二类永动机是不可能制造成功的环境是个大热源克劳修斯表述不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。空调,制冷代价：耗功两种表述的关系开尔

6、文－普朗克表述完全等效!!!克劳修斯表述：违反一种表述,必违反另一种表述!!!热二律的实质•自发过程都是具有方向性的•表述之间等价不是偶然，说明共同本质•若想逆向进行，必付出代价热一律否定第一类永动机热机的热效率最大能达到多少？又与哪些因素有关？???热一律与热二律t>100％不可能热二律否定第二类永动机t=100％不可能§4-2卡诺循环与卡诺定理法国工程师卡诺(S.Carnot)，1824年提出卡诺循环既然t=100％不可能热机能达到的最高效率有多少？热二律奠基人效率最高S.卡诺NicolasLeonardSadiCarnot（1796-1832）法国卡

7、诺循环和卡诺定理,热二律奠基人卡诺循环—理想可逆热机循环卡诺循环示意图4-1绝热压缩过程，对内作功1-2定温吸热过程，q1=T1(s2-s1)2-3绝热膨胀过程，对外作功3-4定温放热过程，q2=T2(s2-s1)卡诺循环热机效率卡诺循环热机效率T1T2Rcq1q2w•t,c只取决于恒温热源T1和T2而与工质的性质无关；卡诺循环热机效率的说明•T1t,c,T2c，温差越大，t,c越高•当T1=T2，t,c=0,单热源热机不可能•T1=K,T2=0K,t,c<100%，热二律课堂练习教材P109习题4-1作业:习题4-2T0c卡诺逆循环卡诺制冷

8、循环T0T2制冷T0T2