第5-6章 热力学第二定律.ppt

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1、2021/9/91第5章热力学第二定律2021/9/922021/9/932021/9/94§5.1热力学第二定律⑴热力学第二定律的实质自然界中的非人为过程大多是自发过程。如高温物体向低温物体传热的过程，运动物体的动能通过摩擦转化为热能的过程等都是自发过程，这些过程自发地只朝一个固定的方向发展自发过程：无需补充条件而能自动发生和进行的过程自发过程不存在对应的自发的反向过程；即使有反向过程也是非自发的，需有补充条件，因此其正、逆两过程的客观效应不可能一一相抵消，过程必然是不可逆的.自发过程具有方向性，而且只能进行到一定深度，热力学第二定律就是这种客观

2、规律的总结热力学第二定律指出了事物发展的方向和人类活动的可能范围，从这个意义上讲，它是一种限定性的定律2021/9/95⑵热力学第二定律的几种经典表述克劳修斯（Clausius）说法：针对不同事物给出的热力学第二定律表述方式各不相同，表面看来甚至让人觉得有点风马牛不相干。但是，由于它们说的是同一个原理，因此实质上是一样的，可以论证，违背其中的一种说法，必定就违反其它的所有说法热不可能自发地不付代价地从低温物体传至高温物体开尔文（Kelvin）说法：不可能从单一热源取热使之完全变为功而不产生其它影响普朗克（Planck）说法：不可能造成一部机器在循环动

3、作中把重物举起而同时只使一热库冷却热量传递热功转换热功转换2021/9/96§5.2热力学循环及其工作系数①热机循环热力循环由若干个热力过程组成全部由可逆过程组成的循环为可逆循环热机循环——产生热变功效果的循环也称作动力循环，或正向循环热力学循环——系统沿封闭路径经历一系列状态变化后重又回复到原有状态的热力过程⑴热机循环和制冷循环2021/9/97正向循环PvTs净效应：对外作功净效应：吸热正向循环：顺时针方向21122021/9/98热机循环不断地变热为功，其必需条件是工质从高温热源吸热，并将其中的一部分传给低温热源Q1Q2W0热机热机循环低温热源

4、T2高温热源T1热机循环的工作原理可抽象地以右图表示2021/9/99Q1Q2W0制冷机制冷机-热泵循环低温热源T2高温热源T1②制冷循环以消耗机械能为代价使热量从低温物体传向高温物体，产生制冷效果的循环过程也称作逆向循环制冷循环可抽象地以右图表示热泵装置也按逆向循环工作，工作目的为了供热2021/9/910逆向循环PvTs净效应：消耗外功净效应：放热逆向循环：逆时针方向21122021/9/911⑵循环的净热量和净功①净热量②净功(w0、W0)③循环的净功等于净热量循环中系统与外界功相互作用的净效应循环中系统与外界热相互作用的净效应Ts12（系统自

5、外界吸热量与系统向外界放热量之差）净热量Pv21（系统对外界作功与外界对系统作功之差）净功2021/9/912⑶循环的工作系数（性能系数）①热机的循环热效率按循环中的1kg工质表达：循环热效率收益——循环的净功W0；代价——从高温热源吸取的热量Q1；工作系数——热效率2021/9/913或按1kg工质表达为：收益——从低温热源（冷库）吸取的热量Q2代价——所消耗的循环净功W0循环的工作系数——制冷系数②制冷装置的制冷系数2021/9/914③热泵装置的供热系数或按1kg工质表达为：收益——向高温热源（建筑物室内）的放热量Q1代价——所消耗的循环净功W

6、0循环的工作系数——供暖系数2021/9/915热一律否定第一类永动机热机的热效率最大能达到多少？又与哪些因素有关？热一律与热二律t>100％不可能热二律否定第二类永动机t=100％不可能2021/9/916/103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2021/9/917§5.3卡诺循环⑴卡诺循环卡诺循环是一个可逆的热机循环a-b—定温(T1)吸热过程T2T1cTPvsabadbcdb-c—绝热膨胀作功过程c-d—定温(T2)放热过程d-a—绝热压缩过程

7、⑵卡诺循环的热效率假定工质为理想气体这种条件下卡诺循环的吸热量为卡诺循环2021/9/918循环的放热量由此，卡诺循环的热效率为由定温过程ab、cd，分别有Ta=Tb=T1；由绝热过程bc、da，有及Tc=Td=T2cPvabdT2T1Tsbadc2021/9/919由绝热过程bc、da，有cPvabdT2T1Tsbadc即知可见卡诺循环的热效率可表达为T1——高温热源的温度;T2——低温热源的温度卡诺循环是可逆循环，上式中：2021/9/920卡诺循环的热效率仅取决于高温热源的温度T1和低温热源的温度T2导出上述表达式时假定了卡诺热机使用理想气体为

8、工质，但稍后讨论的卡诺定理将说明该表达式与工质的性质无关根据以上讨论知对于卡诺循环应有据此知=2021/9/