熱力循環(huán)熱力學(xué)第二定律各種說法ppt課件

1、 熱力循環(huán)熱力循環(huán) 熱力學(xué)第二定律各種說法熱力學(xué)第二定律各種說法 引見熱力循環(huán)的根本特點引見熱力循環(huán)的根本特點熱力學(xué)第二定律各種說法的等效性熱力學(xué)第二定律各種說法的等效性 熱力學(xué)第二定律各種說法熱力學(xué)第二定律各種說法熱力學(xué)第二定律各種說法的等效性熱力學(xué)第二定律各種說法的等效性 2/18第四章第四章 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律41 熱力循環(huán)熱力循環(huán) 一、循環(huán)的定義一、循環(huán)的定義 為了使延續(xù)做功成為能夠，必需在工質(zhì)膨為了使延續(xù)做功成為能夠，必需在工質(zhì)膨脹做功之后，再閱歷某種緊縮過程使它恢脹做功之后，再閱歷某種緊縮過程使它恢復(fù)到初始形狀，以便重新進展膨脹做功的復(fù)到初始形狀，以便重新進展膨脹做功的過

2、程。這樣一來，工質(zhì)就可以周而復(fù)始延過程。這樣一來，工質(zhì)就可以周而復(fù)始延續(xù)不斷地把熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。這種使工質(zhì)閱續(xù)不斷地把熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α＿@種使工質(zhì)閱歷一系列的形狀變化，又重新恢復(fù)到初始歷一系列的形狀變化，又重新恢復(fù)到初始形狀的封鎖過程，叫做熱力循環(huán)，或簡稱形狀的封鎖過程，叫做熱力循環(huán)，或簡稱循環(huán)。循環(huán)。 二、循環(huán)的分類二、循環(huán)的分類 1、正向循環(huán)：把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的循環(huán)、正向循環(huán)：把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的循環(huán) 循環(huán)所做的功為圖循環(huán)所做的功為圖l41(a) 熱力學(xué)第一定律解析式運用于循環(huán)有熱力學(xué)第一定律解析式運用于循環(huán)有 即循環(huán)功是由循環(huán)熱即凈熱量轉(zhuǎn)變而來的即循環(huán)功是由循環(huán)熱即凈熱量轉(zhuǎn)變而來的12114

3、322234110BABAWWWce面積面積面積dwdQ00WQ 正向循環(huán)在形狀圖上的特點是循環(huán)過程線按正向循環(huán)在形狀圖上的特點是循環(huán)過程線按順時針方向進展的。一切熱力發(fā)動機循環(huán)都順時針方向進展的。一切熱力發(fā)動機循環(huán)都具有這個特點，所以又叫動力循環(huán)。為了表具有這個特點，所以又叫動力循環(huán)。為了表達循環(huán)對熱能利用的程度，通常把轉(zhuǎn)變?yōu)檠_循環(huán)對熱能利用的程度，通常把轉(zhuǎn)變?yōu)檠h(huán)功的熱量與工質(zhì)由高溫熱源吸入的熱量之環(huán)功的熱量與工質(zhì)由高溫熱源吸入的熱量之比作為衡量循環(huán)經(jīng)濟性的目的，稱為熱效率比作為衡量循環(huán)經(jīng)濟性的目的，稱為熱效率,以以 表示，即表示，即 t12121101QQQQQQWt 循環(huán)的熱效率越大

4、，闡明熱能利用的程循環(huán)的熱效率越大，闡明熱能利用的程度越高，借助于圖度越高，借助于圖141(b)可以很方可以很方便地用兩塊面積之比來表示熱效率：便地用兩塊面積之比來表示熱效率： 這是這是TS圖的用途之一，在分析各種循圖的用途之一，在分析各種循環(huán)的經(jīng)濟性時，廣泛地被采用。環(huán)的經(jīng)濟性時，廣泛地被采用。14321121 ABAt面積面積 2、逆向循環(huán)、逆向循環(huán) 如圖如圖l41(a)所示，工質(zhì)由形狀所示，工質(zhì)由形狀1沿沿A膨脹到膨脹到2以后，假設(shè)沿較高的緊縮線以后，假設(shè)沿較高的緊縮線 恢復(fù)到初始形狀，那么由過程曲線下所包恢復(fù)到初始形狀，那么由過程曲線下所包圍的面積看出，緊縮過程所耗費的緊縮功圍的面積看

5、出，緊縮過程所耗費的緊縮功為面積為面積2C1432，它大于膨脹過程，它大于膨脹過程 所所得的膨脹功得的膨脹功 的面積的面積 ，這闡明循，這闡明循環(huán)的結(jié)果是工質(zhì)耗費了循環(huán)功環(huán)的結(jié)果是工質(zhì)耗費了循環(huán)功 ，并轉(zhuǎn)變，并轉(zhuǎn)變?yōu)檠h(huán)熱為循環(huán)熱 排出。排出。 1-C-22-A-1We1A23410W0Q 從圖從圖14l(b)所示的所示的TS圖上看出，在圖上看出，在進展加熱過程進展加熱過程 之后，放熱過程線必之后，放熱過程線必需位于吸熱線之上，如圖需位于吸熱線之上，如圖141(b)中中 ，所示，也就是必需向溫度較，所示，也就是必需向溫度較高的熱源，即高溫熱源排熱，在這一過程高的熱源，即高溫熱源排熱，在這一過程

6、中工質(zhì)把耗費的循環(huán)功中工質(zhì)把耗費的循環(huán)功 所轉(zhuǎn)變的循環(huán)熱所轉(zhuǎn)變的循環(huán)熱 以及與從低溫熱源所吸以及與從低溫熱源所吸入的熱量入的熱量 合并一道排給合并一道排給高溫熱源，其排熱量為面積。高溫熱源，其排熱量為面積。 21A12C0W0Q121CBA面積1321AA面積 與正向循環(huán)相反，這一類循環(huán)在形狀圖上與正向循環(huán)相反，這一類循環(huán)在形狀圖上的特點是循環(huán)過程按逆時針方向進展的，的特點是循環(huán)過程按逆時針方向進展的，所以叫做逆向循環(huán)。綜上所述，可知道循所以叫做逆向循環(huán)。綜上所述，可知道循環(huán)需求耗費一定的功，并且把它轉(zhuǎn)變?yōu)闊岘h(huán)需求耗費一定的功，并且把它轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚@是這種循環(huán)得以實現(xiàn)的必要條件量，這是這種循環(huán)

7、得以實現(xiàn)的必要條件或補充條件，假設(shè)這個條件不能滿足，或補充條件，假設(shè)這個條件不能滿足，企圖把熱量從低溫物體傳給高溫物體是不企圖把熱量從低溫物體傳給高溫物體是不能夠的。能夠的。 逆向循環(huán)主要用于制冷機和熱泵。制冷機逆向循環(huán)主要用于制冷機和熱泵。制冷機是以冷藏庫為低溫熱源，而環(huán)境大氣作為是以冷藏庫為低溫熱源，而環(huán)境大氣作為高溫熱源。它耗費功，從溫度較低的冷藏高溫熱源。它耗費功，從溫度較低的冷藏庫或冰箱中抽出熱量，使其溫度下降，并庫或冰箱中抽出熱量，使其溫度下降，并將熱量排到溫度較高的大氣；熱泵是以環(huán)將熱量排到溫度較高的大氣；熱泵是以環(huán)境大氣為低溫熱源，而將需求供暖的室內(nèi)境大氣為低溫熱源，而將需求供

8、暖的室內(nèi)作為高溫熱源，熱泵耗費了功：從大氣中作為高溫熱源，熱泵耗費了功：從大氣中汲取熱量，并排向溫度較高的室內(nèi)，提高汲取熱量，并排向溫度較高的室內(nèi)，提高室內(nèi)的溫度，以到達供暖的目的，室內(nèi)的溫度，以到達供暖的目的， 假設(shè)以假設(shè)以 代表從低溫熱源所吸人的熱量，代表從低溫熱源所吸人的熱量， 代表向高溫熱源所放出的熱量，那么代表向高溫熱源所放出的熱量，那么 或或 衡量逆向循環(huán)的制冷機和熱泵的經(jīng)濟性目的衡量逆向循環(huán)的制冷機和熱泵的經(jīng)濟性目的分別是制冷系數(shù)分別是制冷系數(shù) 及供暖系數(shù)及供暖系數(shù) ： 2Q1Q102QQQ2100QQQWew21202QQQWQe21201QQQWQw 3、可逆循環(huán)、可逆循環(huán)

9、循環(huán)所閱歷的過程假設(shè)全部是可逆的，那循環(huán)所閱歷的過程假設(shè)全部是可逆的，那么叫做可逆循環(huán)，當然，可逆循環(huán)可以是么叫做可逆循環(huán)，當然，可逆循環(huán)可以是正向的，也可以是逆向的。對于可逆循環(huán)正向的，也可以是逆向的。對于可逆循環(huán)來說，當工質(zhì)閱歷一個正向可逆循環(huán)，再來說，當工質(zhì)閱歷一個正向可逆循環(huán)，再經(jīng)過一個與此相反的逆向可逆循環(huán)之后，經(jīng)過一個與此相反的逆向可逆循環(huán)之后，將會得到：體系將會得到：體系(工質(zhì)工質(zhì))和外界和外界(包括熱源、包括熱源、冷源及功源冷源及功源)都恢復(fù)到原來形狀，而不留都恢復(fù)到原來形狀，而不留下絲毫的改動。下絲毫的改動。 這是可逆循環(huán)所具有的重要性質(zhì)。設(shè)工質(zhì)在這是可逆循環(huán)所具有的重要性質(zhì)

10、。設(shè)工質(zhì)在熱源與冷源之間進展一個正向可逆循環(huán)，如熱源與冷源之間進展一個正向可逆循環(huán)，如圖圖142中順時針實線箭頭所示，工質(zhì)從中順時針實線箭頭所示，工質(zhì)從熱源吸得熱量熱源吸得熱量 ，向冷源排出熱量，向冷源排出熱量 ，把，把 轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功 輸出。之后同一可輸出。之后同一可逆機再進展逆向可逆循環(huán)，如圖中逆時針虛逆機再進展逆向可逆循環(huán)，如圖中逆時針虛線所示，其能量交換的數(shù)值與正向一樣，只線所示，其能量交換的數(shù)值與正向一樣，只是方向相反，即從冷源取出的是方向相反，即從冷源取出的 ，同時把，同時把正向所做的功正向所做的功 收回加給工質(zhì)，并把它轉(zhuǎn)收回加給工質(zhì)，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚徊魉徒o熱源。變

11、為熱量，一并傳送給熱源。 1Q2Q21QQ 0W2Q0W 其總結(jié)果是：工質(zhì)、熱源、冷源和功源都其總結(jié)果是：工質(zhì)、熱源、冷源和功源都全部恢復(fù)了原狀。第二章中在描畫可逆過全部恢復(fù)了原狀。第二章中在描畫可逆過程特點時所提到的程特點時所提到的“體系和外界都恢復(fù)了原體系和外界都恢復(fù)了原狀，不發(fā)生任何變化。講的就是這么回狀，不發(fā)生任何變化。講的就是這么回事，它闡明正向循環(huán)所進展的過程是可逆事，它闡明正向循環(huán)所進展的過程是可逆過程。過程。 4、不可逆循環(huán)、不可逆循環(huán) 循環(huán)所閱歷的過程假設(shè)部分是或全部是不循環(huán)所閱歷的過程假設(shè)部分是或全部是不可逆過程，就叫做不可逆循環(huán)。設(shè)工質(zhì)在可逆過程，就叫做不可逆循環(huán)。設(shè)工質(zhì)

12、在熱源與冷源之間進展一個正向不可逆循環(huán)，熱源與冷源之間進展一個正向不可逆循環(huán)，如圖如圖143中實線箭頭所示。雖然從熱源中實線箭頭所示。雖然從熱源吸得與吸得與(三三)項中可逆正向循環(huán)項中可逆正向循環(huán)(參看圖參看圖143)一樣的熱量一樣的熱量 ，但由于循環(huán)中存在不，但由于循環(huán)中存在不可逆性，致使循環(huán)所轉(zhuǎn)變的循環(huán)功，小于可逆性，致使循環(huán)所轉(zhuǎn)變的循環(huán)功，小于可逆的循環(huán)功可逆的循環(huán)功 ,小于可逆的循環(huán)功小于可逆的循環(huán)功 ,因此因此排給冷源的熱量排給冷源的熱量 必大于可逆循環(huán)的排熱必大于可逆循環(huán)的排熱量量 。 1Q0W0W2Q2Q42 熱力學(xué)第二定律各種說法熱力學(xué)第二定律各種說法 一、開爾文一、開爾文浦朗

13、克說法浦朗克說法不能夠只與一個熱源接觸，由它供應(yīng)熱量不能夠只與一個熱源接觸，由它供應(yīng)熱量而延續(xù)不斷地以循環(huán)方式做出正功。而延續(xù)不斷地以循環(huán)方式做出正功。開爾文開爾文浦朗克說法本身闡明了功變熱浦朗克說法本身闡明了功變熱和熱變功是兩類不同性質(zhì)的轉(zhuǎn)變過程，功和熱變功是兩類不同性質(zhì)的轉(zhuǎn)變過程，功變熱是能自發(fā)進展的，而熱變功那么是有變熱是能自發(fā)進展的，而熱變功那么是有條件的，因此這就反映了自然界中自發(fā)過條件的，因此這就反映了自然界中自發(fā)過程進展的單向性，也就是說，一切自發(fā)過程進展的單向性，也就是說，一切自發(fā)過程都是不可逆的。程都是不可逆的。 二、克勞修斯說法二、克勞修斯說法 不能夠不付代價地把熱量從一個低溫物體傳給不能夠不付代價地把熱量從一個低溫物體傳給另一個高溫物體。闡明了高溫物體向低溫物體另一個高溫物體。闡明了高溫物體向低溫物體傳送熱量和低溫物體向高溫物體傳送熱量是兩傳送熱量和低溫物體向高溫物體傳送熱量是兩類不同性質(zhì)的過程，高溫物體向低溫物體傳熱類不同性質(zhì)的過程