工程热力学第2章热力学基本定律(热二律)

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1、第二章热力学基本定律（热二律）引言热力学第一定律揭示了能量转换时能量间数量的关系否定了第一类永动机满足热一律的热机都能实现吗？第二类永动机(Thesecondkindofperpetualmotionmachine)定义：从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响空气或海水热机q1ww=q1，满足热一律海水W氨Q例：zero-engine(1881,JohnGamgee)但从未获得成功！§2.6.1自发过程自然界自发过程都具有方向性、自发过程都是不可逆过程，要实现，需补充条件可自动逆行吗？自发过程：不需任何外界作用而自动进行的过程热量：高温物体低温物体

2、水流：高处低处电流：高电势低电势扩散：高浓度低浓度用何办法使其逆行？可进行到什么程度？条件、限度。例：自然界的自发过程多种多样，其方向性表现各异，条件和限度不同热力学第二定律能不能找出共同的规律性?能不能找到一个统一判据?§2.6.2热二律的表述与实质1）开尔文－普朗克表述（1851年，热功转换的角度）：“不可能建造一种循环工作的热机，只从单一热源吸热使之完全变为有用功，而不产生其它变化”。2、热二律：功可全变热、而热不能全变功？1、第二类永动机不可能实现，热机的热效率<100%理解：No!若允许产生其它变化，则热能全变功，如理想气体定温过程：U=f(T)，

3、ΔU=0，Q=W。变化：系统P↓系统和外界2）克劳修斯表述如：空调制冷但要付出代价：耗功克劳修斯表述（1850年，从热量传递的方向性角度）：“热量不可能自动地、无偿地从低温物体传至高温物体”不能理解为：热量不能从低温物体传至高温物体热二律的实质1、自发过程都是具有方向性的，不可逆的。2、要使非自发过程得以进行，必须伴随一个适当的自发过程作为补充条件1、热量：高温→低温：例：自发过程，不可逆补充条件：W→Q（空调），自发2、W→Q：自发过程，不可逆补充条件：向低温热源放热，自发低温→高温：Q→W（电厂）：热机的热效率最大能达到多少？又与哪些因素有关？???热机

4、的热效率热一律否定了第一类永动机t>100％不可能热二律否定了第二类永动机t=100％不可能§2.7卡诺循环—理想可逆热机循环（法国，S.Carnot，1824年提出）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w3-4定温放热过程，q2=T2(s2-s1)q1q2w卡诺循环热效率：卡诺循环热机效率T1T2Rcq1q2w任意正循环的热效率：STT2S1S2Q1Q2T1t,c的说明•当T1=T2，t,c=0,单热源热机不可能实现•T1≠∞,T2≠0K,t,c<100%，热二律•T1或T2或温差

5、t,c•t,c只取决于T1和T2，而与工质的性质无关；[例1]某热机工作于1500K的高温热源和300K的低温热源之间，从高温热源吸取1000kJ热量，最多能做多少功？T0↑c↓逆向卡诺循环制冷T0T2Rcq1q2wT0T2制冷Tss2s1T2↓c↓[例2]室外35℃，为使室内维持25℃，每秒钟需要从室内排除29.8kJ热量。若采用逆向卡诺循环机，其最小功率为多少？逆向卡诺循环热泵T0T1制热Tss2s1T1↑′↓T0↓′↓T0T2Rcq1q2w[例3]冬季室外－10℃，为使室内维持20℃，需向室内供热14400kJ/h。则供暖机的最小功率为

6、多少？§2.7.2卡诺定理定理1：在给定的两恒温热源间工作的一切可逆循环，具有相同的热效率，且与工质的性质无关。STT2S1S2Q1Q2T1STT2S4Q1Q2T1S11234S3S21234Q3Q4卡诺循环极限回热卡诺循环卡诺定理2定理2：在给定的高低温热源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于相应可逆循环的热效率。T1T2Q1Q2w热机§2.8多热源可逆循环卡诺循环(恒温热源)：吸热Q1，放热Q2可逆循环(变温热源)：吸热Q’1，放热Q’2Q1>Q’1，Q2

7、Q’2T2AB卡诺定理的意义1、从理论上确定了通过热机循环，实现热能转变为机械能的条件。2、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。卡诺定理应用举例该循环能否实现？1000K300KE2000kJ800kJ1200kJ可能如果：W=1500kJ1500kJ不可能500kJ实际循环与卡诺循环卡诺循环：tC=74.7%；实际：t=30~40%卡诺循环只有理论意义，实际上定T、定s都难实现火力发电：t1=600℃，t2=25℃卡诺循环：tC=65.9%；实际：t=40%内燃机：t1=2000℃，t2=3

8、00℃§2.9熵与克劳修斯不等式§2.9.1熵的引入