第5章 热力学第二定律分析ppt课件.ppt

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1、5－3卡诺定理5－2卡诺循环和多热源可逆循环分析第五章热力学第二定律5－1热力学第二定律5－4熵、热力学第二定律的数学表达式5－5熵方程5－6孤立系统熵增原理5－7火用参数的基本概念、热量火用5－8工质火用及系统火用平衡方程能量转换与传递过程中的数量关系热力学第一定律能量转换与守恒定律所有满足能量转换与守恒定律的过程是否都能进行?如果不是，过程的方向性？条件？限度？5-1热力学第二定律一、热力过程的方向性(热力学第二定律的本质)1.任何发生的过程必须遵从热力学第一定律，但满足热力学第一定律的过程未必一定能自动发生。

2、(1)、功热转换机械能热能(2)、电阻使电能变为热电能热(3)、有限温差传热高温低温气体自由膨胀(4)、自由膨胀空气真空(5)、混合过程氧气氮气自发过程：自然过程中凡是能够独立、无条件地自动进行的过程称为自发过程，反之为非自发过程。自发过程有方向性；并非所有满足第一定律的过程均可自动发生。自发过程的逆过程并非不可发生的，而是不能自动发生。若满足一定的附加条件，也是可以发生的；非自发过程的发生必须付出某种代价作为补偿。2.如果能量转换过程中无热能介入，过程就无所谓方向性。只有涉及热现象的能量转换过程才有方向性！3.为

3、什么有热能介入时就显示出过程的方向性？高、低品位能量之间转换难易程度不一样！能量品位不同热能属于无序能，品位较低机械能、电能属于有序能，品位较高能量转换方向性的实质是能质有差异无限可转换能—机械能，电能部分可转换能—热能不可转换能—环境介质的热力学能4.能量的品位能量品质降低的过程可自发进行，反之需一定补偿条件，其总效果是总体能质降低。T1T2T1T25.热力学第二定律的任务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是热力学第二定律的任务。即，找出判断任何热过程进行的方向、条件和限度的一般判据

4、，能够阐明热过程的方向、条件和限度。研究思路：从经验（感性认识）逻辑推理一般判据（理性）实际应用二、热力学第二定律的表述热力学第二定律应用范围极为广泛（诸如热量传递、热功转换、化学反应、燃料燃烧、气体扩散、分离、溶解、结晶、生物化学、生命现象、低温物理、气象等领域）。针对各类具体问题，热力学第二定律有各种形式的表述（60-70种），这里只介绍两种最基本的表达形式。热功转换热量传递1851年开尔文表述1850年克劳修斯表述克劳休斯说法（针对传热）:不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。ColdHot（18

5、22-1888）德国热一律热二律开尔文说法（针对热功转换）:不可能从单一物体取热使之完全变为功而不引起其它变化。原名：W.汤姆逊WilliamThomson（1824-1907）英国热二律开尔文温度焦汤系数1、两种经典说法克劳休斯说法（针对传热）:不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开尔文说法（针对功热转换）:不可能从单一物体取热使之完全变为功而不引起其它变化。以上两种说法是一致的，如果违犯了开尔文说法，必将违犯克劳修斯说法。2、两种说法的等效性思路：假设Kelvin说法不成立，推导出Clausius

6、说法也不成立。高温热源：得到热量QL低温热源：失去热量QL外界无变化。也就是：Kelvin说法不成立，则Clausius说法也不成立。证明2、违反克劳休斯表述导致违反开尔文表述对外输出功：WA=Q1-Q2反证法：假定违反克劳休斯表述。Q2热量无偿从冷源送到热源假定热机A从热源吸热：Q1Q2热量无偿地回到热源，冷源无变化从热源吸收Q1-Q2全变成功WA违反开尔文表述T1热源A冷源T2

7、热源3、热力学第二定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。既然单一热源的热机不能实现，那么至少两个热源怎样呢？最大可能的转化效率是多少？可逆过程：不存在方向性不可逆方向性热力学第二定律描述热力学第二定律说法等效不可逆过程共同属性不可逆属性能否用统一状态参数描述？4、过程可逆性与方向性关系5-2卡诺循环和多热源可逆循环分析一、卡诺循环定义：工作在两个恒温热源（T1和T2）间的理想可逆正循环组成：卡诺循环由两个可逆定温和两个可逆绝热可逆过程组成卡诺循环示意图4-1绝热压缩过程，对内作

8、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3-4定温放热过程，q2=T2(s2-s1)T1T2卡诺循环的热效率：讨论：（3）（2）（1）c只取决于恒温热源T1和T2，与工质的性质无关；（4）第二类永动机不可能制成（5）实际循环不可能实现卡诺循环，原因：a）一切过程不可逆；b）气体实施等温吸热，等温放热困难；c）气体卡诺循环净