热力学第一定律和第二定律-热力学第二定律及卡诺循环

热力学第二定律及卡诺循环热力学第二定律1.热可以自发地从高温物体传到低温物体，但却不能自发地从低温物体传到高温；2.气体自发向真空膨胀，但却不能自发压缩，空出一个空间；3.两种气体可自发地混合，却不可自发地分离；一、自然过程的方向性和不可逆性热力学第二定律自发过程：不需任何外界作用而可以自动进行的过程。非自发过程：没有外界作用的情况下不能自动进行的过程。自然界的一切自发过程都是具有方向性和不可逆性的，热力过程总是朝着一个方向自发进行而不能自发地反向进行。非自发过程可以进行，但其进行必须以一定的补偿条件作为代价。一、自然过程的方向性和不可逆性热力学第二定律能量是有品质高低之分的。01.如：机械能的品质高于热能；高温热能的品质高于低温热能。定律的实质：02.能量贬值原理，也就是说在能量的传递与转化的过程中，能量的品质只能降低不能提高。二、热力学第二定律的实质热力学第二定律三、表述“热二”有各种各样的说法，最常见的两种是：01.克劳修斯说法（1850）：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。02.开尔文说法（1851）：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功，而不引起其它变化。无论有多少种不同的说法，它们都反映了客观事物的一个共同本质，即自然界的一切自发过程有方向性。第三节卡诺循环与卡诺定理1824年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间的理想循环—卡诺循环。给出了热机效率的理论极限值；他还提出了著名的卡诺定理。在一循环中，若系统只和高温热源(温度T1)与低温热源(温度T2)交换热量，这样的循环称卡诺循环卡诺循环（Carnotcycle）由两个等温过程和两个绝热过程组成；包括：卡诺正循环、卡诺负循环。等温膨胀→绝热膨胀卡诺正循环：→等温压缩→绝热压缩WABCD卡诺机卡诺热机的效率卡诺致冷机的致冷系数在一循环中，若系统只和高温热源(温度T1)与低温热源(温度T2)交换热量，这样的循环称卡诺循环。低温热源高温热源卡诺热机AABCD卡诺循环在p-v图和T-s图上的表示：恒温热源恒温热源a-b:

定温可逆吸热膨胀过程，工质从T1吸热q1，

在T1下由a膨胀至b，并对外界作膨功；

b-c:绝热可逆膨胀过程,工质由b膨胀至c,由T1降至T2，并对外界作膨胀功；c-d:定温可逆放热压缩过程,工质由c在T2下向T2

放热q2被压缩为d，外界对工质作压缩功；d-a:绝热可逆压缩过程，工质由d经可逆绝热压缩回到a，由T1升至T2，外界对工质作压缩功。对1kg工质:卡诺循环热效率由T-s图

由正向循环热效率过程b-c、d-a为定熵过程，故

1)

卡诺热机的效率只与T1,T2有关，与工作物无关，与气体的质量无关，与P,V的变化无关。热机至少要在两个热源中进行循环。从高温热源吸热然后释放一部分热量到低温热源去，因而两个热源的温度差才是热动力的真正源泉。2)

提高效率的途径：提高T1,；降低T2，实用上是提高T1。

4)当T1=T2时卡诺循环的热效率为0，即只有单一热源不能将热能转变为机械能。讨论与结论逆卡诺循环（卡诺致冷机）A´ＡＢＣＤ高温热源低温热源卡诺致冷机B

—A等温压缩

C—B绝热压缩D—C等温膨胀

A—D

绝热膨胀A´卡诺循环沿相反方向进行，即为逆卡诺循环。逆卡诺循环的效果与卡诺循环的效果正好相反，工质从低温热源吸热q2，向高温热源放热q1，并接受外界作功w0。逆卡诺循环在p-v图和T-s图上的表示制冷系数供热系数逆卡诺循环01.逆卡诺循环的制冷系数和制热系数只取决于高温热源温度T1和低温热源温度T2。且随高温热源温度T1的降低或低温热源温度T2的提高而增大。02.逆卡诺循环的制热系数总是大于1，而其制冷系数可以大于l、等于1或小于l。在一般情况下，由于T2＞（T1-T2），所以制冷系数也是大于1的。

制冷系数

供热系数结论卡诺定理卡诺定律可表述为：01.在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切热机，可逆热机的热效率最高。02.在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切可逆热机，其热效率相等。卡诺循环与卡诺定理在热力学研究中的重要意义:它解决了热机热效率的极限问题，指出了提高热效率的途径。虽然卡诺循环在实际工程中无法实现，但它给实际热机的循环提供了改进方法和比较标准。例有一汽轮机工作于500℃及环境温度30℃