03热力学第二定律.ppt

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1、第四章热力学第二定律遵循热力学第一定律的热力过程未必一定能够发生，因为涉及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。一、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。自

2、由膨胀过程，。其相反过程，即在充满氮气的绝热刚性容器中插进一刚性隔板，使得隔板两侧分别形成压力较高的氮气空间和真空，却不可能自动发生。虽然可分析出,不违反热力学第一定律。飞轮刹车过程。旋转的飞轮具有宏观动能　　和热力学能　　，进行刹车后飞轮停止了转动，不计刹车板的热力学能及其变化，则飞轮的宏观动能被转换成了飞轮的热力学能。相反的过程，热力学能的减少用于增加飞轮的动能却不可能自动发生。只要Q'不大于Q，B向A传热并不违反第一定律QQ'?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

3、，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。充过电的电容器形成的电容——电感电路中，电能会转变为热能。但相反的过程却不可能自动发生。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现。一个非自发过程的进行必须付出某种代价作为补偿。如制冷。为提高能量利用的经济性，人们一直在最大限度地减少补偿。研究热力过程的方向性，以及由此而引起的非自发过程的补偿和补偿限度等问题是热力学第二定律的任务

4、。二、热力学第二定律的表述克劳修斯的说法不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。开尔文的说法不可能从单一热源取热使之完全变为功而不引起其他变化。这两种说法的关键是“不引起其他变化”。制冷中，引起变化——外界消耗功；定温膨胀引起系统状态变化——气体压力降低。第二类永动机是造不成的。不违背热力学第一定律却违背热力学第二定律的“第二类永动机”：以环境为单一热源，使机器从中吸热对外作功；由于环境中能量是无穷无尽的，因而这样的机器就可以永远工作下去。前面的例子中，前两个是存在势差的不可逆过程，即非准平衡过

5、程；后两个是有耗散效应的不可逆过程。如果一个热力过程中不存在任何不可逆因素，那么热力过程就没有方向性问题。例如，若两物体间传热温差趋于零，则热量传递就不存在方向性问题；若能实现没有摩阻、电阻和磁阻等耗散效应的准平衡过程，也不会有过程的方向性问题。因此，热力过程的方向性在于热力过程的不可逆性，正是由于自然界中不存在没有不可逆因素的可逆过程，故而才有热力过程方向性问题。三、卡诺循环和卡诺定理最简单的热机必须至少有两个热源，那么热效率最高极限是多少呢？卡诺定理解决了这一问题，并且指出了改进循环提高热效率的途径和原

6、则。（一）卡诺循环与概括性卡诺循环卡诺循环是工作在恒温的高、低温热源间的理想可逆正循环。它是由两个定温和两个绝热可逆过程所构成。如此构成的原因是：为了实现两恒温热源间的可逆循环，必须消除循环过程中包括内不可逆和外不可逆的所有不可逆因素。为此，工质从高温热源吸热和向低温热源放热必须是工质和热源间温差趋于零的定温吸热过程和定温放热过程，当工质温度在热源温度和冷源温度间变化时，不允许工质与热源进行有温差的热交换，且内部无耗散效应，故只能是可逆绝热过程。采用理想气体为工质的卡诺循环热率　　　　　，称为卡诺因子。卡诺

7、循环除卡诺循环外还有其它可逆循环，之一就是概括性卡诺循环。为使该循环可逆，工质从高温热源吸热和向低温热源放热依然是工质与热源间无温差的定温吸热和放热过程。当工质温度在热源温度　　和冷源温度　　间变化时，不再是可逆绝热过程，而是内可逆的放热过程和吸热过程，同时要求在任意温度Ｔ处放热过程的放热量　　和吸热过程的吸热量相等，这样就可以设置无穷多个回热加热器，使放热过程在下的放热和吸热过程在下的吸热在回热加热器中进行，实现工质简的等温换热，不再发生与热源间的不可逆温差传热，从而实现了整个循环的可逆。采用理想气体为工

8、质的概括性卡诺循环热效率与卡诺循环热效率相同。在概括性卡诺循环中一个重要的措施是采用回热。所谓回热就是工质在回热器中实现工质内部相互传热，即工质自己加热自己。回热是提高循环能量利用经济性的一个重要措施。要努力啊！概括性卡诺循环（二）卡诺定理定理一：在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的可逆热机有相同的热效率，而与工质无关。定理二：在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的可逆热机的热效率恒高于不可逆热机的热效率。