熱力學復習第5章

1、2021/6/71 第五章第五章 熱力學第二定律熱力學第二定律 The second law of thermodynamics 5-1 熱力學第二定律熱力學第二定律 5-2 卡諾循環(huán)和卡諾定理卡諾循環(huán)和卡諾定理 53 熵和熱力學第二定律的數(shù)學表達式熵和熱力學第二定律的數(shù)學表達式 54 熵方程與孤立系統(tǒng)熵增原理熵方程與孤立系統(tǒng)熵增原理 2021/6/72 歸納：歸納：1）自發(fā)過程有）自發(fā)過程有方向性方向性； 2）自發(fā)過程的反方向過程并非不可進行，而是）自發(fā)過程的反方向過程并非不可進行，而是 要有要有附加條件附加條件； 3）并非所有不違反第一定律的過程均可進行。）并非所有不違反第一定律的過程均可

2、進行。 能量轉(zhuǎn)換方向性的能量轉(zhuǎn)換方向性的 實質(zhì)是實質(zhì)是能質(zhì)能質(zhì)有差異有差異 無限可轉(zhuǎn)換能無限可轉(zhuǎn)換能機械能，電能機械能，電能 部分可轉(zhuǎn)換能部分可轉(zhuǎn)換能熱能熱能 0 TT 不可轉(zhuǎn)換能不可轉(zhuǎn)換能環(huán)境介質(zhì)的熱力學能環(huán)境介質(zhì)的熱力學能 51 熱力學第二定律熱力學第二定律 2021/6/73 能質(zhì)降低的過程可自發(fā)進行，反之需一定條件能質(zhì)降低的過程可自發(fā)進行，反之需一定條件補償過補償過 程，其總效果是總體能質(zhì)降低。程，其總效果是總體能質(zhì)降低。 12net qqw 代價代價 12 TT 2 q 21 TT 2 q net12 wqq 代價代價 2021/6/74 二、第二定律的兩種典型表述二、第二定律的兩種

3、典型表述 1.克勞修斯敘述克勞修斯敘述熱量不可能熱量不可能自發(fā)地不花代價地自發(fā)地不花代價地從低溫從低溫 物體傳向高溫物體。物體傳向高溫物體。 2.開爾文開爾文-普朗克敘述普朗克敘述不可能制造不可能制造循環(huán)循環(huán)熱機，只從熱機，只從一一 個熱源個熱源吸熱，將之吸熱，將之全部全部轉(zhuǎn)化為功，而轉(zhuǎn)化為功，而 不在外界留下任何影響不在外界留下任何影響。 3.第二定律各種表述的等效性第二定律各種表述的等效性 T1 失去失去Q1 Q2 T2 無得失無得失 熱機凈輸出功熱機凈輸出功Wnet= Q1 Q2 2021/6/75 2. 卡諾循環(huán)熱效率卡諾循環(huán)熱效率 net t 1 w q net1 22 33 44

4、1 wwwww 52 卡諾循環(huán)和卡諾定理卡諾循環(huán)和卡諾定理 HL23 L c H23H 1 TTsT TsT 2021/6/76 討論：討論： cHL ,f T T 2）LH 0,TT 3） LHc ,0TT若第二類永動機不可能制成。第二類永動機不可能制成。 4）實際循環(huán)不可能實現(xiàn)卡諾循環(huán)，原因：）實際循環(huán)不可能實現(xiàn)卡諾循環(huán)，原因： a）一切過程不可逆；一切過程不可逆； b）氣體實施等溫吸熱，等溫放熱困難；氣體實施等溫吸熱，等溫放熱困難； c）氣體卡諾循環(huán)氣體卡諾循環(huán)wnet太小，若考慮摩擦，太小，若考慮摩擦， 輸出凈功極微。輸出凈功極微。 5）卡諾循環(huán)指明了一切熱機提高熱）卡諾循環(huán)指明了一切

5、熱機提高熱 效率的方向。效率的方向。 L c H 1 T T 1）c net1 wq HL ,TT c 1 即即循環(huán)凈功小于吸熱量，必有放熱循環(huán)凈功小于吸熱量，必有放熱q2。 。 2021/6/77 四、卡諾定理四、卡諾定理 定理定理1：在在相同溫度相同溫度的高溫熱源和相同的低溫熱源的高溫熱源和相同的低溫熱源 之間工作的之間工作的一切可逆循環(huán)一切可逆循環(huán)，其，其熱效率都相熱效率都相 等等，與可逆循環(huán)的，與可逆循環(huán)的種類無關(guān)種類無關(guān)，與采用哪種，與采用哪種 工質(zhì)也無關(guān)工質(zhì)也無關(guān)。 定理定理2：在同為溫度在同為溫度T1的熱源和同為溫度的熱源和同為溫度T2的冷源的冷源 間工作的間工作的一切不可逆循環(huán)

6、一切不可逆循環(huán)，其熱效率必，其熱效率必小小 于可逆循環(huán)熱效率于可逆循環(huán)熱效率。 理論意義：理論意義： 1）提高熱機效率的途徑：可逆、提高）提高熱機效率的途徑：可逆、提高T1，降低降低T2； ； 2） ）提高熱機效率的極限。提高熱機效率的極限。 例例A440155 2021/6/78 循環(huán)熱效率歸納：循環(huán)熱效率歸納： net2 t 11 1 wq qq m m 1 T T 放 吸 L H 1 T T 討論：熱效率討論：熱效率 適用于一切工質(zhì)，任意循環(huán)適用于一切工質(zhì)，任意循環(huán) 適用于多熱源可逆循環(huán)，任意工質(zhì)適用于多熱源可逆循環(huán)，任意工質(zhì) 適用于卡諾循環(huán)，概括性卡諾循環(huán)適用于卡諾循環(huán)，概括性卡諾循環(huán)

7、,任意工質(zhì)任意工質(zhì) 2021/6/79 r 00 qq TT d R q s T 討論：討論： 1）因證明中僅利用卡諾循環(huán)，故與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)；）因證明中僅利用卡諾循環(huán)，故與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)； 2）因）因s是狀態(tài)參數(shù)，故是狀態(tài)參數(shù)，故s12=s2- -s1與過程無關(guān)；與過程無關(guān)； r 0 q T 克勞修斯積分等式克勞修斯積分等式， （Tr熱源溫度熱源溫度） s是狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)參數(shù)令令 3） 53 熵和熱力學第二定律的數(shù)學表達式熵和熱力學第二定律的數(shù)學表達式 2021/6/710 可逆部分可逆部分+不可逆部分不可逆部分 r 0 q T 可逆可逆 “=” 不可逆不可逆“” 孤立系統(tǒng)熵增原理：孤立系統(tǒng)熵增

8、原理： 孤立系內(nèi)一切過程均使孤立系統(tǒng)熵增加，其極限孤立系內(nèi)一切過程均使孤立系統(tǒng)熵增加，其極限 一切過程均可逆時系統(tǒng)熵保持不變一切過程均可逆時系統(tǒng)熵保持不變。 2021/6/715 3）一切實際過程都不可逆，所以可）一切實際過程都不可逆，所以可根據(jù)熵增原理判根據(jù)熵增原理判 別過程進行的方向別過程進行的方向； 討論：討論： 1）孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)熵增原理Siso=Sg 0，可作為可作為第二定律第二定律 的的又一數(shù)學表達式，而且是又一數(shù)學表達式，而且是更基本的一種表達式更基本的一種表達式； 2）孤立系統(tǒng)的熵增原理可推廣到閉口絕熱系；）孤立系統(tǒng)的熵增原理可推廣到閉口絕熱系； 4）孤立系統(tǒng)中一切過程孤立系統(tǒng)中一切過程均不改變其總內(nèi)部儲能，即均不改變其總內(nèi)部儲能，即 任意過程中任意過程中能量守恒能量守恒。但各種不可逆過程均可。