第5章热力学第二定律ppt课件

1、能量之间数量的关系能量之间数量的关系能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律一切满足能量守恒与转换定一切满足能量守恒与转换定律的过程能否都能自发进展律的过程能否都能自发进展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l 摩擦生热l 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自发过程具有方向性、条件、限制自发过程具有方向性、条件、限制理想气体理想气体 T T 过程过程 q = wq = w冷热源冷热源:容量无限大，取、放热其温度不变容量无限大，取、放热其温度不变 有吸热，有放热有吸热，有放热但违反了热但违反了热力学第二定律力学第二定律这类永动机这类

2、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能够制呵斥功的！第二类永动机是不能够制呵斥功的！环境是个大热源环境是个大热源设水位差为设水位差为180米，重力势能转化为电能：米，重力势能转化为电能：1800 Emghm Jmkg水降低水降低5C放热：放热：21000 Qcm tm J 2100011.71800QmEm空调空调,制冷制冷代价：耗功代价：耗功完全等效完全等效!克劳修斯表述：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!法国工程师卡诺法国工程师卡诺 (S. Carnot)，1824年提出年提出既然既然 t =100不能够不能够热机能到

3、达的最高效率是多少？热机能到达的最高效率是多少？热二律奠基人热二律奠基人卡诺循环效率最高卡诺循环效率最高S. 卡诺卡诺 Nicolas Leonard Sadi Carnot1796-1832法国人法国人热二律奠基人热二律奠基人卡诺卡诺循环循环表示表示图图4-1绝热紧缩过程，对内作功绝热紧缩过程，对内作功1-2定温吸热过程，定温吸热过程， q1 = T1(s2-s1)2-3绝热膨胀过程，对外作功绝热膨胀过程，对外作功3-4定温放热过程，定温放热过程， q2 = T2(s2-s1)t1wq2212t,C121111TssTT ssT 卡诺循环热机效率卡诺循环热机效率122111qqqqq 2t,

4、C11TT T0T2制冷制冷2212Cqqwqq221202122102()()()T ssTT ssT ssTT0211TTTss2s1T2 c T0T1制热制热Ts1112qqwqq121112102110()()()T ssTT ssT ssTT0111TTs2s1T0 卡诺提出：卡诺循环效率最高即在恒温即在恒温T1、T2下下t,Rt,任 结论正确，但推导过程是错误的 当时盛行“热质说 1850年开尔文，1851年克劳修斯分别重新证明 tR1 = tR2= tC与工质无关与工质无关工质循环、冷热源均恢复原状，工质循环、冷热源均恢复原状，外界无痕迹，只需可逆才行，与外界无痕迹，只需可逆才行

5、，与原假定矛盾。原假定矛盾。2tC13001170%1000TT t1120060%2000wqt150075%2000热二律推论之一热二律推论之一 卡诺定理给出热机的最高理想卡诺定理给出热机的最高理想热二律推论之二热二律推论之二 克劳修斯不等式反映方向性克劳修斯不等式反映方向性 定义熵定义熵，是一状态函数。该函数与积分路径无关的循环积分为零，表明上式为克劳修斯等式。对于整个可逆循环：为负值，即得：考虑到rerebatcTqTqTqTqTqTqqTTqq001112222111221121212)/()./(:KJmsSKkgJTqdsTqrere即：令，是一状态函数。该函数与积分路径无关的循

6、环积分为零，表明1212)(ssdsTqdsre对于有限过程：温度等于热源温度。因为是可逆传热，工质热源温度的比值。吸热或放热时的热量与可逆条件下表明：工质熵变等于在0001112222111221112,12irrirrbactTqTqTqTqTqTqTTqq得到克劳修斯不等式：对于整个不可逆循环：得：于克劳修斯积分。在不可逆时系统熵变大等于克劳修斯积分；即：系统熵变在可逆时对于有限过程，即有：循环，即有：考虑可逆循环和不可逆210TqsdsTq得证！即：为可逆过程有：因为按克劳修斯不等式有：为可逆过程为不可逆过程，一不可逆循环，大于克劳修斯积分证明：不可逆过程熵变irrirrrereirr

7、reirrirrTqssssTqssTqbTqTqTqTqTqba211212211221212112210)(1201221reQdST于于19世纪中叶首先克劳修斯世纪中叶首先克劳修斯(R.Clausius)引入，式中引入，式中S从从1865年起称为年起称为entropy，由清华刘仙洲教授译成为，由清华刘仙洲教授译成为“熵。熵。小知识0rQTTqQTreqdsTreQdSTreqdsT0rQT0dS 0Q0dS 0Q0dS 0Q0dS0dS 0QTpv12ab1 22 10abQQTT2 11 2bbQQTT1 21 2abQQTT1 21 2abSS 0dSdS不可逆可逆2121SS 可逆

8、不可逆1 22 10abQQTT212112QSSST0QT2 11 2bbQQTT211 21 2abQQSTT pv12ab212112QSSSTQST 0dS 0Q=0=：可逆过程：可逆过程：不可逆过程：不可逆过程fQdSTg0dS gfdSdSdSQdST永远永远fgSSS gfdSdSdSfgSSS 0Sf0Sg0Sf0SS g0S0Sf0Sg0S0Sf0Sg0S2221v11lndTvScRTv2221p11lndTpScRTp2221pv11dvdpSccvpTs1234132131231QSSST 242141242QSSST 21fgSSS 212112QSSST联络联络熵流

9、熵流熵流熵流 熵产熵产两种不同途径到达同一形状，即系统熵变相等，即：S21(a)=S21(b)(a)：S21=Sf+Sg=Sg 熵变来自熵产(b)：S21=Sf+Sg=Sf 熵变来自熵流out(2)in(1)ScvQWcvfgi,ini,ini,outi,out11nniidSdSdSmsmsout(2)in(1)ScvQWcv0dSinoutmmmfginout0()dSdSssm21fgdSdSdS21fgSSS 解：取气轮机为控制体，连同它的外界空气解：取气轮机为控制体，连同它的外界空气质源及功源构成孤立系统。质源及功源构成孤立系统。siso=sc,v+ssur由于：气轮机为稳态稳流，所

10、以：由于：气轮机为稳态稳流，所以： sc,v=0外界功源没有熵的变化。外界功源没有熵的变化。空气质源流进出有熵的变化空气质源流进出有熵的变化ssur=s2-s1那么：那么：siso=sc,v+ssur=0+s2-s1=s2-s10fdS0giso dSdS孤立系统孤立系统 = 非孤立系统非孤立系统 + 相关外界相关外界iso0dSRIR121222()WWQQQQQQ121222101000QQQQQQTTTTTT22QQ11221100QQQQTTTT12isoTTIRRSSSSS 假定假定 Q1=Q1 ， W R WIR 02tt,C1111TQQT 1210QQTT220QQT0isoT

11、SPvabcdT1T2热力学第一定律：热力学第一定律：能量守恒，即火用和火无的总量守恒，可表示为能量守恒，即火用和火无的总量守恒，可表示为(Ex +An)iso=0热力学第二定律：热力学第二定律：一真实践热力过程中不可防止地发生部分一真实践热力过程中不可防止地发生部分“火用火用退化为退化为“火无，而火无不能再转化为火无，而火无不能再转化为“火用火用，可称为孤立系统，可称为孤立系统“火用降原理，并表示为火用降原理，并表示为Exiso0 max0fQfQ0fxWQTnxQQQT SSQET S0QQQTE1T式中 随热流携带的熵流。热量火无：AT T0T Q Q W0m a x0TTs0ss121234e xa nqqTTs0ss121234e xa nqq变