2019年 工程热力学第5章热力学第二定律 ppt课件.ppt

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1、第五章热力学第二定律本章知识点理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无的概念。本章重点（1）l．深入理解热力学第二定律的实质，它的必要性。它揭示的是什么样的规律；它的作用。2．深入理解熵参数。为什么要引入熵。是在什么基础上引出的。怎样引出的。它有什么特点。3．系统熵变的构成，熵产的意义，熟练地掌握熵变的计算方法。本章重点（2）4．深入理解熵增原理,并掌握其应用。5．深入理解能量的可用性，掌握作功能力损失的计算方法能量之间数量

2、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自发过程的方向性自发过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程。自然界自发过程都具有方向性热量由高温物体传向低温物体摩擦生热水自动地由高处向低处流动电流自动地由高电势流向低电势自发过程的方向性功量自发过程具有方向性、条件、限度摩擦生热热量100%热量发电厂功量40%放热热力学第二定律的实质能不能找出共同的规律性?能不能找到一个判据?自然界过程的方向性表现在不同的方面热力学第二定律§5-1第二定律的表述与实质热功转换传热热二律的表述有60-70种1851年开尔文－普朗克表述热

3、功转换的角度1850年克劳修斯表述热量传递的角度开尔文－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。理想气体T过程q=w冷热源:容量无限大，取、放热其温度不变理想气体T过程q=wTspv12热机：连续作功构成循环12有吸热，有放热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

4、5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：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：耗功两种表述的关系开尔文－普朗克表述完全等效!!!克劳修斯表述：违反一种表述,必违反另一种表述!!!§5-2卡诺循环与卡诺定理法国工程师卡诺(S.Carnot)，1824年提出卡诺循环既然t=100％不可能热机能达到的最高效率有多少？热二律奠基人效率最高S.卡诺NicolasLeonardSadiCarnot（1796-1832）法

5、国卡诺循环和卡诺定理,热二律奠基人卡诺循环—理想可逆热机循环卡诺循环示意图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3-4定温放热过程，q2=T2(s2-s1)卡诺循环热机效率卡诺循环热机效率T1T2Rcq1q2w•t,c只取决于恒温热源T1和T2而与工质的性质无关；卡诺循环热机效率的说明•T1t,c,T2c，温差越大，t,c越高•当T1=T2，t,c=0,单热源热机不可能•T1=K,T2=0K,t,c<100%，热二律T0c卡诺逆循环卡诺制冷循环T0T2制冷T0T2Rcq1q2

6、wTss2s1T2cT1’卡诺逆循环卡诺制热循环T0T1制热TsT1T0Rcq1q2ws2s1T0’卡诺定理—热二律的推论之一定理：在两个不同温度的恒温热源间工作的所有热机，以可逆热机的热效率为最高。卡诺提出：卡诺循环效率最高即在恒温T1、T2下结论正确，但推导过程是错误的当时盛行“热质说”1850年开尔文，1851年克劳修斯分别重新证明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>tR2tR2>tR1WR

7、2只有：tR1=tR2tR1=tR2=tC与工质无关卡诺定理推论二在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆热机，其热效率总小于这两个热源间工作的可逆热机的效率。T1T2IRRQ1Q1’Q2Q2’WIR已证：tIR>tR只要证明tIR=tR反证法,假定：tIR=tR令Q1=Q1’则WIR=WR工质循环、冷热源均恢复原状，外界无痕迹，只有可逆才行，与原假定矛盾。∴Q1’-Q1=Q2’-Q2=0WR卡诺定理小结1、在两个不同T的恒温热源间工作的一切可逆热机tR=tC2、多热源间工作的一切可逆热机tR多<同温限间工作卡诺机tC3、不

8、可逆热机tIR<同热源间工作可逆热机tRtIR<tR=t