工程热力学第五章热力学第二定律

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1、工程热力学5-6火用分析方法5-5熵增原理与作功能力损失第5章热力学第二定律5-1自发过程的方向性5-2热力学第二定律的表述5-3卡诺循环与卡诺定理5-4熵与克劳修斯不等式25-6火用分析方法5-5熵增原理与作功能力损失第5章热力学第二定律5-1自发过程的方向性5-2热力学第二定律的表述5-3卡诺循环与卡诺定理5-4熵与克劳修斯不等式3什么是自发过程自然过程中能够独立地、无条件自动进行的过程，称为自发过程。反之,称为非自发过程.4自发过程的方向性1.一杯热水:热量从水传给空气（自发过程）将散失到空气中的热量自发地聚集起来，使水变热行吗？2.运动的机械:摩擦生热，功量转变为热量（自发过程）将

2、散失到空气中的热量自发地聚集起来，使机械重新运动行吗？3.气体向真空自由膨胀:气体压力降低（自发过程）让气体自动恢复原来状态行吗？5自发过程的特点自发过程都是有方向性有限温差传热、自由膨胀、自由混合等等自发过程不可逆过程，其逆向过程如果进行需要外界的作用(付出代价)并非所有不违反热一律的过程均可进行低温物体向高温物体传热并不违反热一律65-6火用分析方法5-5熵增原理与作功能力损失第5章热力学第二定律5-1自发过程的方向性5-2热力学第二定律的表述5-3卡诺循环与卡诺定理5-4熵与克劳修斯不等式7热力学第二定律的表述热力学第二定律揭示了自然界中一切过程进行的方向性、条件和限度。克劳修斯表述

3、（从热量传递方向性的角度）：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。开尔文—普朗克表述（从热功转换的角度）：不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。即第二类永动机是不可能制造成功的。8两种表述的关系两种表述形式不同,但实质一致,若假设能违反一种表述,则可证明必然也违反另一种表述。如假设机器A违反开尔文-普朗克说法能从高温热源取得热量q/1而把它全部转变为机械功w0，即w0＝q/1，则可利用这些功来带动制冷机B，由低温热源取得热量q2而向高温热源放出热量q1。即A机：B机：由于有即低温热源给出热量q2，而高温热源得到了热量q2，此外没有其它的变

4、化。这显然违反了克劳修斯说法。9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？t>100％不可能热二律否定第二类永动机t=100％不可能热一律与热二律105-6火用分析方法5-5熵增原理与作功能力损失第5章热力学第二定律5-1自发过程的方向性5-2热力学第二定律的表述5-3卡诺循环与卡诺定理5-4熵与克劳修斯不等式11卡诺循环的定义卡诺循环是法国工程师卡诺（S.Carnot）于1824年提出的一种理想热机工作循环，它由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成，是工作于温度为T1（高温热源）和T2（低温热源）间的正向循环。卡诺(SadiCarnot，1796-1832

5、,法国)12卡诺循环的定义是两个热源间的可逆循环13卡诺循环热效率T1T2Rcq1q2w14(1)卡诺循环的热效率只取决于高温热源的温度与低温热源的温度，提高T1或降低T2均可以提高循环效率;(2)因为T1→∞或T2＝0K都是不可能的,故卡诺循环的热效率总是小于1，不可能等于1。这说明通过热机循环不可能将热能全部转变为机械能;(3)当T1=T2时，卡诺循环的热效率等于零，这说明没有温差是不可能连续地将热能转变为机械能，只有一个热源的热机（第二类永动机）是不可能的。关于卡诺循环热效率15逆向卡诺循环：（1）卡诺制冷循环：制冷系数：（2）卡诺热泵循环：供热系数：逆向卡诺循环16例题某科学家设想

6、利用海水的温差发电。设海洋表面的温度为20℃，在500m深处，海水的温度为5℃，如果采用卡诺循环，其热效率是多少？解：计算卡诺循环热效率时，要用热力学绝对温度T1=20+273.15=293.15KT2=5+273.15=278.15K由于温差太小,即使采用卡诺循环热效率也不高，地热发电的热效率不高也是同样的道理。17某项专利申请书上提出一种热机，它从167℃的热源接受热量，向7℃冷源排热，热机每接受1000kJ热量，能发出0.12kW·h的电力。请判定专利局是否应受理其申请，为什么？解：从申请是否违反自然界普遍规律着手故不违反热力学第一定律根据卡诺定理，在同温限的两个恒温热源之间工作的热

7、机，以可逆机效率最高。例题18例题违反热力学第二定律，所以不可能。19概括性卡诺循环除了卡诺循环外，工作在两个恒温热源之间的可逆循环也具有卡诺循环的性质，因此把它们统称为概括性卡诺循环。概括性卡诺循环是极限回热循环。20概括性卡诺循环由两个定温过程a-b、c-d与两个水平间距处处相等的过程b-c及d-a构成。过程b-c放出的热量等于过程d-a吸收的热量，这种方法叫回热加热。21概括性卡诺循环热效率可见，概括性卡诺循环的热