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1、关于热力学第二定律 第1页，讲稿共43张，创作于星期二一、热力过程的方向性一、热力过程的方向性自发过程：自发过程：不需要任何外界作用而自动进不需要任何外界作用而自动进 行的过程。行的过程。自然界自发过程都具有方向性自然界自发过程都具有方向性l 热量由高温物体传向低温物体热量由高温物体传向低温物体l 摩擦生热摩擦生热l 水自动地由高处向低处流动水自动地由高处向低处流动l 电流自动地由高电势流向低电势电流自动地由高电势流向低电势4-1 4-1 热力学第二定律的任务热力学第二定律的任务第2页，讲稿共43张，创作于星期二自发过程的方向性自发过程的方向性功量功量自发过程具有方向性、条件、限度自发过程具有
2、方向性、条件、限度摩擦生热热量热量100%热量热量发电厂功量功量40%放热放热第3页，讲稿共43张，创作于星期二 二、热力学第二定律的实质二、热力学第二定律的实质能不能找出共同的规律性能不能找出共同的规律性?能不能找到一个判据能不能找到一个判据?自然界过程的自然界过程的方向性方向性表现在不同的方面表现在不同的方面热力过程的方向性、条件、限度热力过程的方向性、条件、限度第4页，讲稿共43张，创作于星期二 热功转换热功转换 传传 热热三、热力学第二定律的三、热力学第二定律的表述表述 1851年年 开尔文普朗克表述开尔文普朗克表述 热功转换的角度热功转换的角度 1850年年 克劳修斯表述克劳修斯表述
3、 热量传递的角度热量传递的角度第5页，讲稿共43张，创作于星期二开尔文普朗克表述开尔文普朗克表述 不可能制造出从不可能制造出从单一热源单一热源吸取热量并使之完吸取热量并使之完全转变为全转变为功功而不留下其它任何变化的热机。而不留下其它任何变化的热机。热机不可能将从热源吸收的热量全部转变为有热机不可能将从热源吸收的热量全部转变为有用功，而必须将某一部分传给冷源。用功，而必须将某一部分传给冷源。第6页，讲稿共43张，创作于星期二但违反了热但违反了热力学第二定律力学第二定律热二律与第二类永动机热二律与第二类永动机第二类永动机：第二类永动机：设想的从单一热源取热并设想的从单一热源取热并使之完全变为功的
4、热机。使之完全变为功的热机。这类永动机这类永动机并不违反热力并不违反热力 学第一定律学第一定律第二类永动机是不可能制造成功的第二类永动机是不可能制造成功的环境是个大热源环境是个大热源第7页，讲稿共43张，创作于星期二克劳修斯表述克劳修斯表述 不可能将热从低温物体传至高温物体而不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。不引起其它变化。热量不可能自发地、不付代价地从低温物热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。体传至高温物体。空调空调,制冷制冷代价：耗功代价：耗功第8页，讲稿共43张，创作于星期二两种表述的关系两种表述的关系开尔文普朗克表述开尔文普朗克表述完全等效完全等效!克劳
5、修斯表述克劳修斯表述违反一种表述违反一种表述,必违反另一种表述必违反另一种表述!第9页，讲稿共43张，创作于星期二第二节第二节 卡诺循环与卡诺定理卡诺循环与卡诺定理法国工程师法国工程师卡诺卡诺(S.Carnot)，1824年提出年提出卡诺循环卡诺循环既然既然 t t =100100不可能不可能不可能不可能热机能达到的热机能达到的最高效率最高效率有多少？有多少？热二律奠基人热二律奠基人效率最高效率最高第10页，讲稿共43张，创作于星期二卡诺循环卡诺循环 理想可逆热机循环理想可逆热机循环卡诺循环示意图4-1可逆绝热压缩可逆绝热压缩过程，对内作功过程，对内作功1-2可逆定温吸热可逆定温吸热过程，过程
6、，q1=T1(s2-s1)2-3可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀过程，对外作功过程，对外作功3-4可逆定温放热可逆定温放热过程，过程，q2=T2(s2-s1)第11页，讲稿共43张，创作于星期二卡诺循环卡诺循环热机效率热机效率卡诺循环热机效率卡诺循环热机效率T1T2Rcq1q2w第12页，讲稿共43张，创作于星期二 t,c只取决于恒温热源只取决于恒温热源T1和和T2 而与工质的性质无关；而与工质的性质无关；卡诺循环热机效率的说明卡诺循环热机效率的说明 T1 t,c ,T2 c ，温差越大，温差越大，t,c越高越高 当当T1=T2，t,c=0,单热源热机不可能单热源热机不可能 T1=K,T2=0 K,t
7、,c：不可逆过程：不可逆过程热二律表达式之一热二律表达式之一第32页，讲稿共43张，创作于星期二孤立系熵增原理的意义孤立系熵增原理的意义(1)可通过孤立系统的熵增原理判断过程进行可通过孤立系统的熵增原理判断过程进行的方向。的方向。自发过程自发过程(2)熵增原理可作为系统平衡的判据：当孤熵增原理可作为系统平衡的判据：当孤立系统的熵达到最大值时，系统处于平衡状立系统的熵达到最大值时，系统处于平衡状态。态。(3)熵增原理与过程的不可逆性密切相关，熵增原理与过程的不可逆性密切相关，不可逆程度越大，熵增也越大，由此可以定不可逆程度越大，熵增也越大，由此可以定量地评价过程的热力学性能的完善性。量地评价过程
8、的热力学性能的完善性。第33页，讲稿共43张，创作于星期二作功能力损失作功能力损失RQ1Q2WR卡诺定理卡诺定理 tR tIR 可逆可逆T1T0IRWIRQ1Q2作功能力作功能力:以环境为基准以环境为基准,系统可能作出的最大功系统可能作出的最大功假定假定 Q1=Q1，WR WIR 作功能力损失作功能力损失L第34页，讲稿共43张，创作于星期二作功能力损失作功能力损失T1T0RQ1Q2WIRWQ1Q2假定假定 Q1=Q1，W R WIR 作功能力损失作功能力损失L第35页，讲稿共43张，创作于星期二例例3：某某热热机机循循环环工工作作于于热热源源t1=500oC及及冷冷源源t2=20oC之之间间
9、，它它进进行行的的是是一一个个abcda不不可可逆逆循循环环，如如图图所所示示，ab为为可可逆逆等等温温吸吸热热，bc为为不不可可逆逆绝绝热热膨膨胀胀，工工质质熵熵增增加加0.1kJ/（kgK），cd为为可可逆逆等等温温放放热热过过程程，da为为定定熵熵压压缩缩 过过 程程。循循 环环 工工 质质 为为1kg空空 气气，热热 源源 放放 热热 量量q1=1000kJ/kg。求循环净功及孤立系统作功能力损失。求循环净功及孤立系统作功能力损失。第36页，讲稿共43张，创作于星期二解：解：解：解：热源熵减小，热源熵减小，热源熵减小，热源熵减小，冷源熵增大，冷源熵增大，冷源熵增大，冷源熵增大，则冷源吸
10、热量则冷源吸热量则冷源吸热量则冷源吸热量q2q2为为为为，不可逆循环热效率为不可逆循环热效率为不可逆循环热效率为不可逆循环热效率为，第37页，讲稿共43张，创作于星期二 循环净功为循环净功为循环净功为循环净功为 孤立系统熵增为，孤立系统熵增为，最大可逆循环净功为最大可逆循环净功为 不可逆损失为不可逆损失为不可逆损失为不可逆损失为，LL第38页，讲稿共43张，创作于星期二第五节第五节 火用火用 与与 火无火无一、火用与火无的定义一、火用与火无的定义能量转换能力能量转换能力可以完全转换的能量，如可以完全转换的能量，如机械能、电能机械能、电能可部分转换的能量，如可部分转换的能量，如热量、热力学能等热
11、量、热力学能等不能转换的能量，如不能转换的能量，如环境状态下的热力学能环境状态下的热力学能火用与火无的定义：当系统由任意状态可逆转变火用与火无的定义：当系统由任意状态可逆转变到与环境状态相平衡时，能最大限度转换为功的到与环境状态相平衡时，能最大限度转换为功的那部分能量称为那部分能量称为火用火用。不能转换为功的那部分。不能转换为功的那部分能量称为能量称为火无火无。第39页，讲稿共43张，创作于星期二能量转换能力能量转换能力可以完全转换的能量，可以完全转换的能量，火用火用可部分转换的能量，可部分转换的能量，火用和火无火用和火无不能转换的能量，不能转换的能量，火无火无能量能量=火用火用+火无火无热力
12、学第一定律：能量守恒，即火用与热力学第一定律：能量守恒，即火用与火无的总量守恒，可表示为火无的总量守恒，可表示为第40页，讲稿共43张，创作于星期二热力学第二定律：一切实际热力过程中不热力学第二定律：一切实际热力过程中不可避免地发生部分火用退化为火无。而火可避免地发生部分火用退化为火无。而火无不能再转化为火用，可称为孤立系统火无不能再转化为火用，可称为孤立系统火用降原理，并表示为用降原理，并表示为第41页，讲稿共43张，创作于星期二 第第五五章章作作业业：思思考考题题：P107：5.2，5.3，5.5习题：习题：P107：5.1，5.5，5.9，5.24第42页，讲稿共43张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第43页，讲稿共43张，创作于星期二