化工热力学 ch3 热力学第一定律

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1、第四章热力学第二定律14.1功热间的转换（热力学第二定律）一.基本概念才可进行的过程自发过程：不消耗功非自发过程：消耗功2热力学第二定律克劳修斯说法：热不可能自动从低温物体传给高温物体。开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功而不引起其他变化。热力学第二定律说明过程按照特定方向，而不是按照任意方向进行。自然界中的物理过程能够自发地向平衡方向进行。3水往低处流4气体由高压向低压膨胀5热由高温物体传向低温物体6我们可以使这些过程按照相反方向进行，但是需要消耗功。第一定律没有说明过程发生的方向，它告诉我们能量必须守衡。第二定律告诉我们过程发生的方向。

2、7自发、非自发和可逆、非可逆之间的区别？自发与非自发过程决定物系的始、终态与环境状态；可逆与非可逆过程是（考虑）过程完成的方式，与状态没有关系。8可逆过程：没有摩擦，推动力无限小,过程进行无限慢;体系内部均匀一致，处于热力学平衡;对产功的可逆过程，其产功最大，对耗功的可逆过程，其耗功最小;逆向进行时，体系恢复始态，环境不留下任何痕迹。（也即没有功热得失及状态变化）不可逆过程：有摩擦，过程进行有一定速度;体系内部不均匀（有扰动，涡流等现象）;逆向进行时，体系恢复始态，环境留下痕迹;如果与相同始终态的可逆过程相比较，产功小于可逆过程，耗功大于可逆过程。9二.热

3、功转换与热量传递的方向和限度1.热量传递的方向和限度高温低温自发非自发限度：Δt=02.热功转化的方向功热100%非自发100%自发热功转化的限度要由卡诺循环的热机效率来解决1011热机的热效率火力发电厂的热效率大约为40%高温热源TH低温热源TL卡诺热机的效率12三.热与功转化的限度——卡诺循环卡诺循环：热机高温热源（恒TH）低温热源（恒TL）工质从高温热源TH吸收热量，部分转化为功，其余排至低温热源TL。THTLQHQLWC图形13卡诺循环由四个过程组成。可逆等温膨胀可逆绝热膨胀可逆等温压缩可逆绝热压缩TS1234QHQLWcPV1234QHWcQL1

4、4工质吸热温度大于工质排热温度，产功过程正卡诺循环的结果是热部分地转化为功，用热效率来评价循环的经济性热效率:热效率的物理意义：工质从高温热源吸收的热量转化为净功的比率。正卡诺循环：15∵ΔH为状态函数，工质通过一个循环据热力学第一定律:∴ΔH=0Q=QH+QL∴又∵由卡诺循环知(5-25)TS1234QHQLWc16注意以下几点：若使或TL=0实际当中是不可能(1)η=f(TH‚,TC),若使η↗，则TH↗,TL↘工程上采用高温高压，提高吸热温度TH，但又受到材质影响.若TH=TL，η=0,W=0这就说明了单一热源不能转换为功，必须有两个热源。卡诺循环，

5、η可逆最大，相同TH,TL无论经过何种过程，η可逆是相同的，实际热机只能接近，不能达到17例4-1某一热机工作于1500K的高温热源与293K的低温热源之间，若每一循环中工作介质向高温热源吸热200kJ计算（1）此热量中最多可转换成多少功？（2）如果工作介质在吸热中，与高温热源的温差是50K，与低温热源的温差为20K，则该热量中最多可转变为多少功？热效率为多少？（3）如果循环过程中，不仅存在着温差传热，而且，由于摩擦有使循环减少40kJ的功，热效率为多少？18解（1）热机的最高效率为卡诺循环的热效率：此热可转化为最大功的数值是：19（2）由于温差传热，实际

6、循环的最高温度为T=1500-150=1350K,实际循环的最低温度为293+20＝313K如果不考虑其他损失，那么卡诺热机的效率为：可转变的功为：20（3）若循环过程中既考虑温差又考虑摩擦损失，所得功为153.6-40＝113.6kJ热效率为：21例4－2有人设计一个热机，从温度为400K处汲取25kJ/S的热量，在温度为200K处放出12kJ/S的热量，并提供15Kw的机械功，判断此设计指标能否实现？22解：卡诺效率是相同温度间工作的热机间的最高效率：而设计的热机的效率：违背热力学第二定律根据热力学第一定律也违背热力学第一定律23三．熵函数与熵增原理1

7、.熵函数通过研究热机效率推导出熵函数的定义式对于可逆热机有也即熵定义24对于可逆循环对于不可逆循环Clausius不等式TS12AB3则有：即：只与始终态有关25对于不可逆循环TS12AB3则有：若途径2不可逆因26>对不可逆过程：对可逆过程：热力学第二定律的数学表达式：>不可逆=可逆27注意：熵状态函数。只要初，终态相同，对于不可逆过程应设计一个可逆过程，利用可逆过程的热温熵积分进行熵变计算．282.熵增原理对于孤立体系（或绝热体系）由熵增原理表达式。<0不可能进行的过程>0　　不可逆过程=0可逆过程29结论：自然界的一切自发进行的过程都是熵增大的过程；

8、同时满足热一律，热二律的过程，实际当中才能实现，违背其中任一定律，