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1、会计学1第第 热力学第二热力学第二(d r)定律定律第一页，共31页。2重物下落重物下落(xilu)，水温升高，水温升高;水温下降，重物升高？水温下降，重物升高？只要重物位能增加小于等于水降内能减少，只要重物位能增加小于等于水降内能减少，不违反第一定律。不违反第一定律。电流通过电流通过(tnggu)电阻，产生热量电阻，产生热量对电阻加热，电阻内产生反向对电阻加热，电阻内产生反向电流？电流？只要电能不大于加入热能，不只要电能不大于加入热能，不违反第一违反第一(dy)定律。定律。第1页/共30页第二页，共31页。3归纳：归纳：1）自发过程）自发过程(guchng)有方向性；有方向性； 2）自发过程
2、）自发过程(guchng)的反方向过程的反方向过程(guchng)并非不可进行，而是并非不可进行，而是 要有附加条件；要有附加条件； 3）并非所有不违反第一定律的过程）并非所有不违反第一定律的过程(guchng)均可进行。均可进行。能量转换能量转换(zhunhun)方向性的方向性的实质是能质有差异实质是能质有差异无限无限(wxin)可转换能可转换能机械能，电能机械能，电能部分可转换能部分可转换能热能热能0TT 不可转换能不可转换能环境介质的热力学能环境介质的热力学能第2页/共30页第三页，共31页。4 能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件补偿过补偿过
3、程，其总效果表现程，其总效果表现(bioxin)为总体能质降低。为总体能质降低。12netqqw代价代价(diji)12TT 2q21TT 2qnet12wqq代价代价(diji)第3页/共30页第四页，共31页。5二、第二定律二、第二定律(dngl)的两种典型表述的两种典型表述1.克劳修斯叙述克劳修斯叙述热量不可能自发地不花代价地从低温热量不可能自发地不花代价地从低温 物体传向高温物体。物体传向高温物体。2.开尔文开尔文-普朗克叙述普朗克叙述不可能制造循环热机，只从一不可能制造循环热机，只从一 个热源吸热，将之全部转化为功，而个热源吸热，将之全部转化为功，而 不在外界留下任何影响。不在外界留
4、下任何影响。3.第二定律第二定律(dngl)各种表述的等效性各种表述的等效性T1 失去失去Q1 Q2T2 无得失无得失(dsh)热机净输出功热机净输出功Wnet= Q1 Q2例例1 等熵线与等温线有无交点等熵线与等温线有无交点？第4页/共30页第五页，共31页。652 卡诺循环和卡诺定理卡诺循环和卡诺定理一、卡诺循环及其热效率一、卡诺循环及其热效率 1. 卡诺循环卡诺循环21绝热压缩是两个热源是两个热源(ryun)的可逆循环的可逆循环32等温吸热43绝热膨胀14等温放热第5页/共30页第六页，共31页。72. 卡诺循环热效率卡诺循环热效率nett1wqnet1 22 33 44 1wwwww2
5、4 1L14qqqTss放HL23LcH23H1TTsTTsT 12 3H32qqqTss吸net12qqqHL23netTTsw第6页/共30页第七页，共31页。8讨论讨论(toln)：cHL,f T T2）LH0,TT 3）LHc,0TT若第二类永动机不可能第二类永动机不可能(knng)制成。制成。 4）实际循环不可能(knng)实现卡诺循环，原因： a）一切过程不可逆； b）气体实施等温吸热、等温放热困难； c）气体卡诺循环wnet太小，若考虑摩擦， 输出净功极微。 5）卡诺循环指明了一切热机提高热）卡诺循环指明了一切热机提高热 效率的方向。效率的方向。LcH1TT 1）cnet1wqH
6、L,TTc1即即循环净功小于吸热量，必有放热循环净功小于吸热量，必有放热q2。第7页/共30页第八页，共31页。9二、逆向二、逆向(n xin)卡卡诺循环诺循环 制冷制冷(zhlng)系数：系数：cccnet0cqqwqqc23c0c230cTsTTTsTT1c可大于，小于，或等于TcT0- -Tc c第8页/共30页第九页，共31页。10供暖供暖(n nun)系数：系数：22cnet21qqwqqR41RR041R0TsTTTsTTc1TRTR- -T0 c第9页/共30页第十页，共31页。11三、卡诺定理三、卡诺定理 定理定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源：在相同温度的高温热源和
7、相同的低温热源 之间工作的一切之间工作的一切(yqi)可逆循环，其热效率都相可逆循环，其热效率都相 等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种 工质也无关。工质也无关。 定理定理2：在同为温度：在同为温度T1的热源和同为温度的热源和同为温度T2的冷源的冷源 间工作的一切间工作的一切(yqi)不可逆循环，其热效率必不可逆循环，其热效率必小小 于可逆循环热效率。于可逆循环热效率。 理论意义：理论意义： 1）提高热机效率的途径：可逆、提高）提高热机效率的途径：可逆、提高T1，降低，降低T2； 2）提高热机效率的极限。）提高热机效率的极限。例例2 卡诺循环热效率卡诺循环热
8、效率第10页/共30页第十一页，共31页。12循环循环(xnhun)热效率归热效率归纳：纳：net2t111wqqq mm1TT 放吸LH1TT 适用于一切工质，任意适用于一切工质，任意(rny)循环循环适用适用(shyng)于多热源可逆循环，任于多热源可逆循环，任意工质意工质适用于卡诺循环，概括性卡诺循环适用于卡诺循环，概括性卡诺循环,任意工质任意工质第11页/共30页第十二页，共31页。13 可以证明，任意可逆过程可用一组可以证明，任意可逆过程可用一组 初、初、终态相同的由可逆终态相同的由可逆 绝热及等温过程组成绝热及等温过程组成(z chn)的过程替代。如图，的过程替代。如图，1-2可用
9、可用1-a，a-b-c及及c-2代替。代替。 用一组等熵线分割用一组等熵线分割(fng)任意可逆循环，由可逆任意可逆循环，由可逆 绝热及等温过程绝热及等温过程组成的过程替代小循环中的任意过程，考察其热效率组成的过程替代小循环中的任意过程，考察其热效率L,2t,H,111iiiiiTqTq 12H,L,0iiiiqqTT21L,H,iiiiqqTT,0ir iqT0rTq第12页/共30页第十三页，共31页。14r00qqTTdRqsT 讨论：讨论： 1）因证明）因证明(zhngmng)中仅利用卡诺循环，故与工质性质无关；中仅利用卡诺循环，故与工质性质无关； 2）因）因s是状态参数，故是状态参数
10、，故s12=s2-s1与过程无关；与过程无关； r0qT 克劳修斯积分等式，克劳修斯积分等式， （Tr热源热源(ryun)温温度）度）s是状态参数是状态参数令令3） 令分割令分割(fng)循环的可逆绝热线循环的可逆绝热线无穷大，无穷大，且任意两线间距离且任意两线间距离0 第13页/共30页第十四页，共31页。15二、克劳修斯积分二、克劳修斯积分(jfn)不等式不等式用一组等熵线分割用一组等熵线分割(fng)循循环环可逆小循环可逆小循环(xnhun)不可逆小循环不可逆小循环(xnhun)可逆小循环部分：可逆小循环部分：r0qT不可逆小循环部分：不可逆小循环部分：2,L,1,H,11iiiiqTq
11、T 2,L,1,2,1,H,H,L,0iiiiiiiiqTqqqTTTr0qT 第14页/共30页第十五页，共31页。16可逆部分可逆部分(b fen)+不可逆部分不可逆部分(b fen)r0qT可逆可逆 “=”不可逆不可逆“TB，不可逆，取，不可逆，取A为系统为系统(xtng)21RAAAQQSTT 22f11rBBQQQSTTT gf110ABBAQQSSSQTTTT 所以，单纯(dnchn)传热，若可逆，系统熵变等于熵流；若不可逆系统熵变大于熵流，差额部分由不可逆熵产提供。 例例4 熵增、熵流、熵产熵增、熵流、熵产例例5 熵增、熵流、熵产熵增、熵流、熵产第20页/共30页第二十一页，共3
12、1页。22 考虑系统与外界考虑系统与外界(wiji)发生质量交换，系统熵变除（热）熵流，熵产发生质量交换，系统熵变除（热）熵流，熵产外，还应有质量迁移引起的质熵流，所以熵方程应为：外，还应有质量迁移引起的质熵流，所以熵方程应为： 流入系统熵流入系统熵-流出系统熵流出系统熵+熵产熵产=系统熵增系统熵增其中其中(qzhng)流入流入流出流出热迁移热迁移(qiny)质迁移质迁移(qiny)造成的造成的热热质质熵流熵流三、熵方程和孤立系统熵增原理三、熵方程和孤立系统熵增原理i im sjjm srllQTW第21页/共30页第二十二页，共31页。23r,li ilQm sTgr,dli ijjlQms
13、m sSSTjjm sgSf,g()iijjlSs msmSSi im sjjm srllQTWdS流入流入流出流出熵产熵产熵增熵增第22页/共30页第二十三页，共31页。24 熵方程核心：熵方程核心： 熵可随热量和质量迁移而转移；可在不可逆过程中自熵可随热量和质量迁移而转移；可在不可逆过程中自发产生。由于一切发产生。由于一切(yqi)实际过程不可逆，所以熵在能量转移实际过程不可逆，所以熵在能量转移过程中自发产生（熵产），因此熵是不守恒的，熵产是过程中自发产生（熵产），因此熵是不守恒的，熵产是熵方程的核心。熵方程的核心。闭口闭口(b ku)系熵方程：系熵方程：fg00ijmmsss 闭口闭口(
14、b ku)绝热系：绝热系：g00qss 可逆可逆“=”不可逆不可逆“”f,g( )iijjlSs ms mSS闭口系：闭口系：第23页/共30页第二十四页，共31页。25绝热稳流开系：绝热稳流开系：f21g00ssss12CVd0mmmS稳定流动稳定流动(lidng)开口系熵方程（仅考虑一股流出，一股流进）开口系熵方程（仅考虑一股流出，一股流进）稳流开系：稳流开系：12fg0ssmSS21fgssssf,g( )iijjlSs ms mSS例例6 判断判断(pndun)熵变情熵变情况况第24页/共30页第二十五页，共31页。26二、孤立系统熵增原理二、孤立系统熵增原理(yunl) 由熵方程由熵
15、方程fgiijjSs ms mSS因为因为(yn wi)是孤立是孤立系系f0000ijlmmQSisogd0SS可逆取可逆取 “=”不可逆取不可逆取“” 孤立系统孤立系统(xtng)熵增原理：熵增原理： 孤立系内一切过程均使孤立系统孤立系内一切过程均使孤立系统(xtng)熵增加，（其极限）一切熵增加，（其极限）一切过程均可逆时系统过程均可逆时系统(xtng)熵保持不变。熵保持不变。第25页/共30页第二十六页，共31页。27 3）一切实际过程(guchng)都不可逆，所以可根据熵增原理判 别过程(guchng)进行的方向；讨论：讨论： 1）孤立系统）孤立系统(xtng)熵增原理熵增原理Siso
16、=Sg 0，可作为第二，可作为第二定律定律 的又一数学表达式，而且是更基本的一种表达式；的又一数学表达式，而且是更基本的一种表达式； 2）孤立）孤立(gl)系统的熵增原理可推广到闭口绝热系；系统的熵增原理可推广到闭口绝热系；4）孤立系统中一切过程孤立系统中一切过程均不改变其总内部储能，即均不改变其总内部储能，即 任意过程中任意过程中能量守恒能量守恒。但各种不可逆过程均可。但各种不可逆过程均可 造成机械能损失，而造成机械能损失，而任何不可逆过程均是任何不可逆过程均是Siso0， 所以所以熵可反映某种物质的共同属性熵可反映某种物质的共同属性。例。例第26页/共30页第二十七页，共31页。2811H
17、qqsT 热热源：失12isoHL12HL00qqsTTqqTT R “=”IR “”1t,Rt,IRnet,Rnet,IRqww 同样不可逆使孤立系熵增大造成不可逆使孤立系熵增大造成(zo chn)后果是机械能（功）减后果是机械能（功）减少少a) 热能热能(rnng)机械能机械能LTqsq22冷冷源：得net0ws 热机：输出第27页/共30页第二十八页，共31页。29 热量高温低温b)AATqsqA失:iso110BAsqTTR “=” IR “” 若不可逆，TATB,，以A为热源B为冷源，利用热机可使一部分热能转变成机械能，所以(suy)孤立系熵增大这里也意味着机械能损失。BBTqsqB
18、得:第28页/共30页第二十九页，共31页。30 c) 机械功（或电能）转化机械功（或电能）转化(zhunhu)为热能为热能输入输入(shr)WsQ（=Ws），），气体由气体由T1 上升到上升到T2，v1=v2。工质熵变工质熵变221R1ln0VTQSmcTT工质外界外界(wiji) S外外=0 由于热能不可能由于热能不可能100%转变成机械能而不留任何影响，故这里转变成机械能而不留任何影响，故这里Siso0还是意味还是意味机械能损失机械能损失。iso0SSSS 外工质工质孤立系熵增意味机械能损失孤立系熵增意味机械能损失例例7 熵增原理熵增原理例例8 数据可靠性分析数据可靠性分析第29页/共30页第三十页，共31页。31感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第30页/共30页第三十一页，共31页。