4第四章 热力学第二定律

《4第四章 热力学第二定律》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、工程热力学第四章热力学第二定律§4-1热力学第二定律的任务遵循热力学第一定律的热力过程未必一定能够发生，热现象的热力过程具有方向性。热力学第二定律揭示热力过程具有方向性。它阐明了能量不但有“量”的多少问题，而且有“品质”的高低问题，在能量的传递和转换过程中能量的“量”守恒，但“质”却不守恒。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§4-1热力学第二定律的任务热力过程的方向性温度高的物体和温度低的物体接触，则有热量从高温物体传向低温物体。相反

2、的过程，同样的热量从低温物体传向高温物体，虽然满足热力学第一定律，却不可能自动发生。否则就会出现夏天不用空调，而用火炉从环境和人体吸热以取得制冷效果的荒诞现象。§4-1热力学第二定律的任务热力过程的方向性重物下落，水温升高!水温下降，重物升高？只要重物位能增加小于等于水降内能减少，不违反第一定律。电流通过电阻，产生热量!对电阻加热，电阻内产生反向电流？只要电能不大于加入热能，不违反第一定律。可以自动发生的过程称为自发过程。热力过程若要发生，必然遵循热力学第一定律，热力学第二定律决定着热力过程能否实

3、现。§4-2可逆过程和不可逆过程可逆过程：过程进行后，如果使热力系沿原过程的路线反向进行并恢复到原状态，将不会给外界留下任何影响。可逆过程必须满足的的条件：热力系内部原来处于平衡状态作机械运动时热力系和外界保持力平衡（无摩擦）传热时热力系和外界保持热平衡（无温差）可逆过程是运动无摩擦、传热无温差的内平衡过程§4-2可逆过程和不可逆过程不可逆过程：使过程沿原路线反向进行，并使热力系回复到原状态，将会给外界留下这种或那种影响。一切实际的过程都是不可逆过程如：由于传热时有温差，有一部分热能不可复逆地从温

4、度较高的物体转移到了温度较低的物体§4-3状态参数熵任何物质都存在状态参数熵§4-4热力学第二定律表达式-熵方程熵流和熵产从外界吸热，熵流为正；向外界放热熵流为负由热力系内部不等温传热和热产（摩擦产生的热）引起的熵产恒为正§4-4热力学第二定律表达式-熵方程熵方程SδSgS+dS§4-4热力学第二定律表达式-熵方程熵方程闭口系绝热闭口系孤立系稳定流动开口系熵增原理孤立系的熵增原理：孤立系的熵只能增加，不能减少，极限的情况（可逆过程）保持不变。若一个过程进行的结果是使孤立系的熵增加，则该过程就可以发

5、生和进行，而且是不可逆过程，否则不能自动发生。例如，温差传热、飞轮制动过程等§4-4热力学第二定律表达式-熵方程熵方程熵方程中的核心问题是熵产熵产是热力学第二定律的实质内容热力学第二定律确定了熵不但不会消失，而且会在能量的转换和转移过程中自发地产生出来§4-5热力学第二定律各种表述的等效性传热热功转换热力学第二定律的表述有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熵变化孤立系熵增原理熵变化的角度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

6、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：耗功开尔文－普朗克表述不可能从单一热源取热，并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。冷热源:容量无限大，取、放热其温度不变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第二类永动机???如果三峡水电站用降温法发电，使水温降低5

7、C，发电能力可提高11.7倍。设水位差为180米重力势能转化为电能：mkg水降低5C放热：孤立系熵增原理开尔文－普朗克表述三种表述的关系完全等效!!!违反一种表述,必违反另一种表述!!!克劳修斯表述§4-6卡诺定理和卡诺循环NicolasLeonardSadiCarnot（1796-1832）法国卡诺定理—热二律的推论之一定理：工作在两个恒温热源（T1>T2）之间的循环，不管采用什么工质，如果是可逆的，其热效率均为1-T2/T1；如果是不可逆的，其热效率恒小于1-T2/T1卡诺提出：卡诺循环

8、效率最高在恒温T1、T2下ηt≤1-T2/T1结论正确，但推导过程是错误的1850年开尔文，1851年克劳修斯分别重新证明卡诺定理证明在两个不同温度的恒温热源（T1、T2）间工作的热机T1T2RQ1Q2W卡诺定理推论一在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆热机，具有相同的热效率，且与工质的性质无关。T1T2R1R2Q1Q1’Q2Q2’WR1求证：tR1=tR2由卡诺定理tR1=1-T2/T1tR2=1-T2/T1WR2tR1=tR2=tC与工质无关卡诺定理小结1、在