高等工程热力学热力学第二定律

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1、热力学第二定律Thesecondlawofthermodynamics12一、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。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3归纳：1）自发过程有方向性；2）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是要有附加条件；3）并非所有不违反第一定律的过程均可进行。能量转换方向性的实质是能质有差异,能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件—补偿过程4二、第二定律的两种典型表述1.克劳修斯叙述——热量不可能自发地不花代价地从低温物体传向高温物体。2.开尔文-普朗克叙述——

2、不可能制造循环热机，只从一个热源吸热，将之全部转化为功，而不在外界留下任何影响。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5证明1、违反克表述导致违反开表述WA=Q1-Q2反证法：假定违反克表述Q2热量无偿从冷源送到热源假定热机A从热源吸热Q1冷源无变化从热源吸收Q1-Q2全变成功WA违反开表述T1热源A冷源T2

3、-Q1=Q2’违反克表述T1热源AB冷源T2

4、诺循环wnet太小，若考虑摩擦，输出净功极微。5）卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向。1）即循环净功小于吸热量，必有放热q2。11二、逆向卡诺循环制冷系数：Tc↑T-Tc↓↑12供暖系数：TR↓TR-T0↓↑13三、卡诺定理定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种工质也无关。定理2：在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环热效率。理论意义：1）提高热机效率的途径：可逆、提高T1，降低T2；2）提高热机效率的极限。14卡诺定理1证明—

5、反证法：设有任意的可逆热机A和可逆热机BA=WA/Q1B=WB/Q1把B逆转T1T2AQ1Q2AWAT1T2BQ1Q2BWBQ2BT1T2ABQ1WA-WBQ2AQ1假设A大于B：则WA大于WB违反开表述，单热源热机15A>BA<B只有：A=BA=B=C与工质无关卡诺定理2证明：T1T2IRRQ1Q1’Q2Q2’WIR只要证明IR=RIR>R反证法,假定：IR=R令Q1=Q1’则WIR=WR工质循环、冷热源均恢复原状，外界无痕迹，只有可逆才行，与原假定矛盾。∴Q1’-Q1=Q2’-Q2=0WR16卡诺定理的意义从理论上

6、确定了通过热机循环实现热能转变为机械能的条件，指出了提高热机热效率的方向，是研究热机性能不可缺少的准绳。对热力学第二定律的建立具有重大意义。17熵一、克劳修斯积分等式将循环用无数组s线细分，abfga近似可看成卡诺循环任意的可逆循环18克劳修斯等式19二、克劳修斯积分不等式将循环用无数组s线细分，则必存在某个微元循环是不可逆的任意的不可逆循环克劳修斯不等式热源温度20系统的熵变在可逆时等于克劳修斯积分，不可逆时大于克劳修斯积分热二律表达式21可逆:可逆过程中对工质加入的热量工质的温度(热源温度)不可逆:不可逆过程中对工质加入的热量热源温度22三、熵的物理

7、意义定义：熵热源温度=工质温度比熵可逆时熵变表示可逆过程中热交换的方向和大小熵的物理意义可逆23熵是状态量可逆循环pv12ab熵变与路径无关,只与初终态有关24不可逆过程S与传热量的关系任意不可逆循环pv12ab121225除了传热,还有其它因素影响熵不可逆因素会引起熵变化总是熵增四、不可逆绝热过程中熵变的分析：1、可逆绝热过程：定熵过程2、不可逆绝热过程：两过程在T-S图上的表示26五、不可逆过程中熵的产生（熵产）：气缸中工质进行一微元的不可逆过程，向外界吸热δQ,对外作功δW,内能变化dU,熵的变化dS:δQ=dU+δW为了计算熵变dS,可安排一微元

8、可逆过程,初、终状态相同，工质温度为T，则：dU、dS、δQR、δ