热力学课件4章 热力学第二定律

热力学课件4章热力学第二定律6-2-1Kelvin-Planck表述(1)热库

当一个热力系的热容量极大以至于吸、放热不会使物体的温度发生改变，这种热力系就被称为热库(2)热机

吸收热量并将其一部分转变为功的机械6-2热力学第二定律的表述

高温热源热沉热机QinQout热库热库Wnet能节省Qout?热效率=热机输出净功/热机吸热(3)制冷机与热泵高温热库底温热库制冷机WQLQH(3)Kelvin-Planck表述

It’sImpossibleforanydevicethatoperatesonacycletoreceiveheatfromasinglereservoirandproduceanetamountofwork6-2-2Clausuis表述

Itisimpossibletoconstructadevicethatoperatesinacycleandproducesnoeffectotherthanthetransferofheatfromalowertemperaturebodytoahighertemperature

6-2-3两种表述的对等性

若违背Kelvin-Planck表述:那么就可以制造出效率100%的热机

低温热库高温热库热机QHW=QH制冷机QH+QLQL=制冷机低温热库高温热库QLQL6-3卡诺（Carnot）循环在18世纪中叶……热机的效率的极限是多少???6-3-1卡诺循环Carnot,(NicolasLeonard)Sadi

(1796-1832)法国军事工程师和科学家。对热力学有奠基性的贡献

高温热库低温热库THTL(1)卡诺循环的构建Ts1234q1q2

(2)效率

q1q2w因为1-4、2-3是绝热过程6-3-2逆卡诺循环环境温度THTLTsRefrigerator:对于制冷循环人们更关心机器从低温热库提取出的热量

-----q2q1q2wTHTLTsq1q2因此制冷机的性能指数(COPR)can可表达为：wCOPR

可以>,=or<1环境温度THTLTs热泵:对于热泵人们更关心向高温热库放的热-----即

q1q1q2wTHTLTsq1q2热泵的性能系数(COPHP)可表达为：wCOPHP

isalways>16-3-3卡诺定律

在两个相同热库之间，可逆热机的效率最高

两个相同热库之间，所有可逆热机的效率相同6-4克劳修斯不等式6-4-1克劳修斯积分式

对于单一卡诺循环即：考虑

δq1、

δq2符号，有：对于普通循环:

可按照如下图的办法将它分解为无数个卡诺循环那么：将上述方程叠加起来6-4-2克劳修斯不等式

若不可逆累加式子(1)…..(n):这就是克劳修斯不等式，请注意克劳修斯不等式只适用于循环对于任意循环（包括可逆和不可逆循环）它在热力学里被称为热温商。可见循环的热温商是小于等于零的6-5熵6-5-1可逆过程的熵6-5-1.不可逆过程的熵变化对于不可逆过程1-b-2.添加一段可逆过程1-a-2形成循环因为过程1-a-2是可逆过程所以：显然这时熵的变化大于

，即热温商的变化。6-5-3熵流和熵产ΔSg

是由于不可逆效应产生的因此被称为熵产因此，存在一数值大于零的熵ΔSg，使得：

热温商积分的这一项的变化是由于传热引起的，被称为熵流

ΔSf

熵流可以大于、等于或小于零熵产只能大于或等于零

上述讨论表明熵有二重特性：一方面熵通过熵流体现热力系的传热特性；另一方面熵通过熵产展现出热力系不逆效应的大小；6-5-4可逆定温过程的熵变化6-6孤立系熵增原理6-6-1.熵增原理

对于孤立系：

ΔSf

=0所以：

ΔSisolated=

ΔSg

>=0

6-6-2.温差传热过程的熵增

系统环境边界TsysTsurrQ6-6-3.

做功能力的损失TsT1T212’2绝热过程ss’损失6-6-4.

宇宙的熵与热寂假说HawkingStephen6-7熵的本质6-7-1.波尔兹曼关系式

6-7-2.熵的定义

熵:衡量热力系混乱或自由程度大小的物理量

热是一种无序的能量，因此热力系的吸热或放热就增加或减少了系统的无序性，这种效应可以通过熵流来计算；热力系内部发生的耗散效应引起了混乱程度的增加，这种效应的大小体现在熵产；6-8

（exergy)6-8-1.

的定义

在某状态下，系统由该状态可逆地变化到与环境平衡的状态时，理论上可转化为净有序能的那部分能量，称为

，用E

表示（e单位化）6-8-2.热量

ExQ对于具有某一温度T的热量Q，若此时环境温度为Tsur，根据卡诺定律能够转化为功的部分为：Tsur这就是热量6-8-3.冷量

ExQ0Q6-8-3.焓

ex根据热力学第一定律：根据熵平衡方程，因可逆没有熵产，则进、出热力系的总熵等于零，即：现：将上列各式代入(1)式：忽略动能、势能的变化：