暖通-第五章(1)XXXX上课讲义.ppt

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1、暖通-第五章(1)XXXX第一节热力学第二定律的实质及表述一、热力过程的方向性例：（1）热量自高温自然地传递给低温物体；（2）机械运动摩擦生热，即机械能转变为热能；（3）以上过程是否可以反向进行？热能能否完全转变成功，是否需要条件？结论：（1）过程总是自发地沿着一定的方向进行。(自发过程)（2）一个非自发过程的进行，必须有另外的自发过程来推动，或者说必须以另外的自发过程的进行为代价，作为补偿条件。（3）在一定条件下，能量的有效转换是具有其最大限度的，而热机的热效率在一定条件下也具有理论上的最大值。以上这些现象是热力学第一定律回答不了的。研

2、究过程进行方向、条件和限度正是热力学第二定律的任务。二、热力学第二定律的表述克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。说明能量传递现象克劳修斯是从温差传热（能量传递）的角度对热力学第二定律进行了表述。克劳修斯(R.J.E.Clausius，1822～1888年)，德国物理学家。他是气体动理论和热力学的主要奠基人之一，是历史上第一个精确表示热力学第一、二定律的科学家。开尔文—浦朗克表述：不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。开尔文—普朗克是从能量转换的角度对热力学第二定律进行表述。

3、开尔文（1824～1907）英国物理学家、发明家。开尔文是热力学的主要奠基人之一。1848年创立了热力学温标。1851年他提出热力学第二定律，1852年他与焦耳合作发现了焦耳－汤姆孙效应。两种说法都指出了自发现象的方向性，是同一客观规律—自然过程的方向性，所以两种说法是等效的。证明两种说法的一致性证明：采用反证法——只证明违反克劳修斯表述也必然违反开尓文—普朗克表述一种情况。为了证明采用如图a循环。假设制冷机R能使热量Q2从冷源自发地传向热源（这违反克劳修斯说法），同时热机H在该两热源间工作，并进行一个正循环，并且它放给地温热源的热量恰等

4、于Q2。此时该正循环从热源取热量Q1，向外界作功W0=Q1-Q2，（向冷源放出热量Q2）。热机和制冷机联合运行的结果，从单一热源取热Q1-Q2并完全变成净功，低温热源自动传热Q2给高温热源，又从热机处接受Q2，故并未受到任何影响。这也违反了开尔文-浦朗克说法。三、热力学第二定律统计解释热力学第二定律指出了热量传递方向和热功转化方向的不可逆性，这一结论可以从微观角度出发，从统计意义来进行解释。初始状态摇动后几率大几率很小不可逆过程实质上是一个从几率较小的状态到几率较大的状态的变化过程。在一个孤立系统内，一切实际过程都向着状态的几率增大的方向

5、进行。只有在理想的可逆过程，几率才保持不变。能量从高温热源传给低温热源的几率要比反向传递的几率大得多。宏观物体有规则机械运动（作功）转变为分子无规则热运动的几率要比反向转变的几率大得多。热力学第二定律的适用范围1.热力学第二定律是一个统计规律，只有对有大量分子所组成的系统才正确。2.不能把热力学第二定律推广到浩瀚的宇宙中去，因为宇宙不是一个孤立系统。第二节卡诺循环与卡诺定理热力学第二定律的两种表述仅停留在经验的总结上，不具备理论的品格，卡诺循环的提出和证明把热力学第二定律向理论和抽象的发展大大推进了一步。一、卡诺循环1、卡诺循环问题：（1

6、）在高温热源和低温热源一定的条件下，循环吸收的热量最多能转变为多少功？利用最理想的循环可以将热量最大程度的转化成功。（2）什么样的循环是理想循环？没有不可逆损失的循环。（3）如何避免不可逆损失？或如何实现可逆循环？过程（或循环）保证（1）传热无温差：工质的温度必须等于热源温度。即进行等温吸热、放热过程。（2）无摩擦。因此，（1）吸热、放热时。工质必须进行一个可逆的定温过程。（2）工质在热源T1和冷源T2之间的变化时不能和热源与冷源有热量交换，否则会是温差传热，因此只能是可逆绝热过程（定熵）。卡诺循环的效率：注意：T1与T2是热源温度。热源

7、温度为恒温。必须是卡诺循环。从卡诺循环热效率可以得到下列结论：（1）卡诺循环效率的大小只决定于热源温度T1和冷源温度T2。要提高其热效率可通过提高T1及降低T2的办法来实现。（2）卡诺循环的效率总是小于1。只有当T1→∞或T2=0时，热效率才等于1，但这是不可能的。（3）当T1=T2时，即只有一个热源时，效率ηt,c=0，这就是说，只冷却一个热源是不可能进行循环的，即单一热源的循环发动机是不可能实现的。（4）在推导过程中未涉及工质性质，因此，卡诺循环的热效率与工质的性质无关。萨迪·卡诺(N．L．SadiCarnot，1796－1832年)

8、。法国科学家，其主要贡献是创立理想热机理论。1824年6月12日发表《关于火的动力》一书，在这部著作中提出了"卡诺热机"和"卡诺循环"的概念及"卡诺原理"（现在称为"卡诺定理"）。1831年，