工程熱力學(xué)第三章

1、工程熱力學(xué)第三章熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律目錄1.熱力過程的方向性2.熱力學(xué)第二定律的表述3.卡諾循環(huán)和卡諾定理 3.1 卡諾循環(huán)和概括性卡諾循環(huán) 3.2 卡諾定理 5.3 多熱源（變溫）的可逆循環(huán)-平均吸熱溫度和平均放熱溫度4.狀態(tài)參數(shù)熵5.克勞修斯不等式和不可逆過程的熵變6. 熵增原理7. 熱量的有效能及有效能損失8.能量的品質(zhì)與能量貶值原理9.熵的物理意義探討 1.熱力過程的方向性由熱力學(xué)第一定律可知：如果發(fā)生了一個熱力過程，其能量的傳遞和轉(zhuǎn)換必須遵循熱力學(xué)第一定律。但是，自然界中遵循熱力學(xué)第一定律的熱力過程未必一定能夠發(fā)生。這是因?yàn)樯婕盁岈F(xiàn)象的熱力過程具有方向性。4自發(fā)過程的方向性自

2、發(fā)過程的方向性QQ?是否任何不違反熱力學(xué)第一定律的過程都是可以實(shí)現(xiàn)的？是否任何不違反熱力學(xué)第一定律的過程都是可以實(shí)現(xiàn)的？1.熱力過程的方向性熱量從溫度高的物體熱量從溫度高的物體自發(fā)地自發(fā)地傳給溫度低的物體傳給溫度低的物體“自發(fā)地自發(fā)地”，指的是沒有任何外界的影響或幫助。，指的是沒有任何外界的影響或幫助。 有沒有可能發(fā)生這樣地現(xiàn)象，熱量自發(fā)地從低溫物有沒有可能發(fā)生這樣地現(xiàn)象，熱量自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高溫物體的溫度越來越高。溫物體的溫度越來越高。2021-10-24熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 1850，Clausius：不可能把熱從

3、低溫物體傳到高溫物體，而不引起其它變化。 自發(fā)過程的逆過程自發(fā)過程的逆過程都不能自動進(jìn)行。當(dāng)借都不能自動進(jìn)行。當(dāng)借助外力，體系恢復(fù)原狀助外力，體系恢復(fù)原狀后，會給環(huán)境留下不可后，會給環(huán)境留下不可磨滅的影響。（后果不磨滅的影響。（后果不可消除）可消除）高溫 T2低溫T1Q2Q1Q2W制冷機(jī)制冷機(jī)電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，對致冷系統(tǒng)做了功。這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔埽瑢χ吕湎到y(tǒng)做了功。一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給一旦切斷電

4、源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高。冰箱，使其溫度逐漸升高。電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，對致冷系統(tǒng)做了功。這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，對致冷系統(tǒng)做了功。一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰

5、箱，使其溫度逐漸升高。冰箱，使其溫度逐漸升高。貯藏的貯藏的食品食品大氣大氣電冰箱制冷系統(tǒng) 熱量卻不能自發(fā)地從低溫物體傳熱量卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體向高溫物體 要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有外界的影響和幫助，就是要有外界必須有外界的影響和幫助，就是要有外界對其做功才能完成對其做功才能完成熱傳導(dǎo)的方向性熱傳導(dǎo)的方向性：兩個溫度不同的物體相互接：兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體；觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體；要實(shí)現(xiàn)相反過程，必須借助外界的幫助，因而要實(shí)現(xiàn)相反過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其

6、他變化。產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。結(jié)論結(jié)論: :熱力學(xué)第二定律的一種表述熱力學(xué)第二定律的一種表述: :熱量不熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。這是這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述實(shí)熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述實(shí)質(zhì)上就是：質(zhì)上就是：熱傳遞過程是不可逆的。熱傳遞過程是不可逆的。（按照熱傳遞的方向性來表述的）（按照熱傳遞的方向性來表述的）2021-10-24自發(fā)變化的共同特征自發(fā)變化的共同特征不可逆性不可逆性1.自發(fā)變化自發(fā)變化 指能自動發(fā)生的變化，即無需外力幫助，指能自動發(fā)生的變化，即無需外力幫助，任

7、其自然，不去管它，即可發(fā)生的變化。任其自然，不去管它，即可發(fā)生的變化。2.自發(fā)變化的共同特征自發(fā)變化的共同特征(1) 氣體向真空膨脹；(2) 熱量從高溫物體傳入低溫物體；(3)濃度不等的溶液混合均勻；(1)有一定方向，并且是單向的。(2)自發(fā)變化是熱力學(xué)不可逆過程2021-10-24自發(fā)變化的共同特征自發(fā)變化的共同特征 自然現(xiàn)象自發(fā)變化方向變化終點(diǎn)判據(jù)形勢所用物理量1熱傳導(dǎo)T1T2(T1T2)T=0T0T2氣流p1p2(p1p2)p=0p0p3水流h1h2(h1h2)h=0h0h4電流E1 E2 (E1E2)E=0E0E5物質(zhì)流（擴(kuò)散）C1 C2(C1C2）C=0C0C6化學(xué)反應(yīng)? 例：14重

8、物下落，水溫升高重物下落，水溫升高;水溫下降，重物升高水溫下降，重物升高？只要重物位能增加小于等于水內(nèi)只要重物位能增加小于等于水內(nèi)能減少，不違反第一定律。能減少，不違反第一定律。電流通過電阻，產(chǎn)生熱量電流通過電阻，產(chǎn)生熱量對電阻加熱，電阻內(nèi)產(chǎn)生反向?qū)﹄娮杓訜幔娮鑳?nèi)產(chǎn)生反向電流電流？只要電能不大于加入熱能，不只要電能不大于加入熱能，不違反第一定律。違反第一定律。 機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但內(nèi)能卻不機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時不引起其他變化。能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時不引起其他變化。熱熱 功：功：不可自動進(jìn)行不可自動進(jìn)行( (焦耳實(shí)驗(yàn)中，不可能水溫自動降低焦耳實(shí)驗(yàn)

9、中，不可能水溫自動降低推動葉片而使重物升高推動葉片而使重物升高) ) 15歸納：歸納：1）自發(fā)過程有）自發(fā)過程有方向性方向性； 2）自發(fā)過程的反方向過程并非不可進(jìn)行，）自發(fā)過程的反方向過程并非不可進(jìn)行， 而是要有而是要有附加條件附加條件； 3）并非所有不違反第一定律的過程均可進(jìn)行。）并非所有不違反第一定律的過程均可進(jìn)行。能量轉(zhuǎn)換方向性的能量轉(zhuǎn)換方向性的實(shí)質(zhì)是實(shí)質(zhì)是能質(zhì)能質(zhì)有差異有差異無限可轉(zhuǎn)換能無限可轉(zhuǎn)換能機(jī)械能，電能機(jī)械能，電能部分可轉(zhuǎn)換能部分可轉(zhuǎn)換能熱能熱能0TT 不可轉(zhuǎn)換能不可轉(zhuǎn)換能環(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能環(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能結(jié)論結(jié)論: :熱力學(xué)第二定律的一種表述熱力學(xué)第二定律的一種表述: :熱

10、量不熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。這是這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述實(shí)熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述實(shí)質(zhì)上就是：質(zhì)上就是：熱傳遞過程是不可逆的。熱傳遞過程是不可逆的。（按照熱傳遞的方向性來表述的）（按照熱傳遞的方向性來表述的）2.熱力學(xué)第二定律的表述2021-10-24重物下落重物下落Joule熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)1cal=4.184J 1851，開爾文(Kelvin)：不可能從單一熱源取出熱使之完全變?yōu)楣?，而不發(fā)生其它的變化。 攪拌水作功思考討論下列問題：思考討論下列問題：1.1.前面我們學(xué)習(xí)了第一類

11、永動機(jī)，不能制成的原因是前面我們學(xué)習(xí)了第一類永動機(jī)，不能制成的原因是什么？什么？（違背了能量守恒）（違背了能量守恒）2.2.熱機(jī)是一種把什么能轉(zhuǎn)化成什么能的裝置？熱機(jī)是一種把什么能轉(zhuǎn)化成什么能的裝置？(熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置)3.3.熱機(jī)的效率能否達(dá)到熱機(jī)的效率能否達(dá)到100%100%？( (熱機(jī)的效率不能達(dá)到熱機(jī)的效率不能達(dá)到100%)100%)以內(nèi)燃機(jī)為例，氣缸中的氣以內(nèi)燃機(jī)為例，氣缸中的氣體得到燃燒時產(chǎn)生的熱量為體得到燃燒時產(chǎn)生的熱量為QQ1 1，推動活塞做工，推動活塞做工WW，然，然后排出廢氣，同時把熱量后排出廢氣，同時把熱量QQ2 2散發(fā)

12、到大氣中，散發(fā)到大氣中，由能量守恒定律可知：由能量守恒定律可知：QQ1 1 = W + Q= W + Q2 2我們把熱機(jī)做的功我們把熱機(jī)做的功WW和它和它從熱源吸收的熱量從熱源吸收的熱量QQ1 1的比的比值叫做熱機(jī)的效率，用值叫做熱機(jī)的效率，用 表表示示=W / Q=W / Q1 1實(shí)際上熱機(jī)不能把得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械實(shí)際上熱機(jī)不能把得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，熱機(jī)必須有熱源和冷凝器，熱機(jī)工作時，能，熱機(jī)必須有熱源和冷凝器，熱機(jī)工作時，總要向冷凝器散熱，不可避免的要由工作物質(zhì)總要向冷凝器散熱，不可避免的要由工作物質(zhì)帶走一部分熱量帶走一部分熱量QQ2 2，所以有：，所以有：QQ1 1WW因此

13、，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到因此，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%100%，汽車上，汽車上的汽油機(jī)械效率只有的汽油機(jī)械效率只有20%20%30%30%，蒸汽輪機(jī)的，蒸汽輪機(jī)的效率比較高，也只能達(dá)到效率比較高，也只能達(dá)到60%60%，即使是理想熱，即使是理想熱機(jī)，沒有摩擦，也沒有漏氣等能量損失，它也機(jī)，沒有摩擦，也沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百的轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，不可能把吸收的熱量百分之百的轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，總要有一部分散發(fā)到冷凝器中?？傄幸徊糠稚l(fā)到冷凝器中。熱轉(zhuǎn)換為功的過程也是不可逆的，具有方向性。熱轉(zhuǎn)換為功的過程也是不可逆的，具有方向性。 一個在水平地面上的物體，一個在水平地面上的物體

14、，由于克服摩擦力做功，最后要由于克服摩擦力做功，最后要停下來。在這個過程中，停下來。在這個過程中，物體物體的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使物體使物體和地面的溫度升高。和地面的溫度升高。降溫 我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一個放在水平地面上的物體，靠降低個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能，使這個物體運(yùn)動起來能，使這個物體運(yùn)動起來機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性 機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時不引起其他變化全

15、部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時不引起其他變化。 不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功成功, ,而不產(chǎn)生其他影響。而不產(chǎn)生其他影響。熱力學(xué)第二定律的開爾文表述熱力學(xué)第二定律的開爾文表述（機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性）（機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性）第二類永動機(jī)：人們把想象中能夠第二類永動機(jī)：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引起其他變化的熱機(jī)叫做第功而不引起其他變化的熱機(jī)叫做第二類永動機(jī)。二類永動機(jī)。第二類永動機(jī)不可能制成第二類永動機(jī)不可能制成定律的兩種表述 第二類永動機(jī)是不可能制成的第二類永動機(jī)是不可能制成的) )兩種表

16、述是等價的兩種表述是等價的 可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的意義熱力學(xué)第二定律的意義 1 1）提示了有大量分子參與的宏觀過程的）提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個重要自然規(guī)律個重要自然規(guī)律 2 2）對生活實(shí)踐的指導(dǎo)作用）對生活實(shí)踐的指導(dǎo)作用 熱力學(xué)第二定律揭示了有大量分子參熱力學(xué)第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性。（自然界中進(jìn)與的宏觀過程的方向性。（自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程

17、都具有方向性）。性）。不管如何表述，熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)不管如何表述，熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)在于揭示了：在于揭示了：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的。宏觀過程都是不可逆的。違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。發(fā)生。自然過程是按一定方向進(jìn)行的。自然過程是按一定方向進(jìn)行的。1 1、熱傳導(dǎo)的方向性、熱傳導(dǎo)的方向性2 2、擴(kuò)散現(xiàn)象有方向性、擴(kuò)散現(xiàn)象有方向性ABAB “氣體向真空中絕熱自由膨脹的過程是氣體向真空中絕熱自由膨脹的過程是不可逆不可逆的的”熱熱

18、 功：功：不可自動進(jìn)行不可自動進(jìn)行( (焦耳實(shí)驗(yàn)中，不可能水溫自動焦耳實(shí)驗(yàn)中，不可能水溫自動降低推動葉片而使重物升高降低推動葉片而使重物升高) ) 水水葉片葉片焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn) 第一類永動機(jī)和第二類永動機(jī)比較第一類永動機(jī)和第二類永動機(jī)比較 熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是構(gòu)成熱力學(xué)知識的理論基礎(chǔ)，前者對是構(gòu)成熱力學(xué)知識的理論基礎(chǔ)，前者對自然過程沒有任何限制，只指出自然過程沒有任何限制，只指出在任何在任何熱力學(xué)過程中能量不會有任何增加或損熱力學(xué)過程中能量不會有任何增加或損失失，反映的是物體

19、內(nèi)能的變化與熱量、，反映的是物體內(nèi)能的變化與熱量、做功的定量關(guān)系；后者則是做功的定量關(guān)系；后者則是解決哪些過解決哪些過程可以自發(fā)地發(fā)生，哪些過程必須借助程可以自發(fā)地發(fā)生，哪些過程必須借助于外界條件才能進(jìn)行。于外界條件才能進(jìn)行。 例例11根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是 A. A. 電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能 B B在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔茉诨鹆Πl(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔?CC熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能 D D在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給

20、高溫在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫度物體度物體 解析解析 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，都具有方向性，電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能( (由電流熱效應(yīng)中的由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知焦耳定律可知) )，而內(nèi)能不可能全部變成電流的能，而內(nèi)能不可能全部變成電流的能機(jī)械能可機(jī)械能可全部變?yōu)閮?nèi)能全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)械能，在熱傳導(dǎo)中，而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)械能，在熱傳導(dǎo)中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地

21、從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項(xiàng)低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項(xiàng)B B、CC、D D正確正確例例2.2.如圖所示文藝復(fù)興時期意大利的達(dá)如圖所示文藝復(fù)興時期意大利的達(dá)芬奇造了芬奇造了一個永動機(jī)裝置。他設(shè)計時認(rèn)為，右邊的重球比左一個永動機(jī)裝置。他設(shè)計時認(rèn)為，右邊的重球比左邊的重球離輪心更遠(yuǎn)些，在兩邊不均衡的作用下會邊的重球離輪心更遠(yuǎn)些，在兩邊不均衡的作用下會使輪子沿箭頭方向轉(zhuǎn)動不息使輪子沿箭頭方向轉(zhuǎn)動不息 ( )( )A A這是第一類永動機(jī)這是第一類永動機(jī)B B這是第二類永動機(jī)這是第二類永動機(jī)CC它不可能成功，因?yàn)檫`反能的轉(zhuǎn)化及守恒定律它不可能成功，因?yàn)檫`反能的轉(zhuǎn)化及守恒定律D D它不可能成功，

22、因?yàn)檫`反熱力學(xué)第二定律它不可能成功，因?yàn)檫`反熱力學(xué)第二定律AC例例3.3.下列說法正確的是下列說法正確的是 ( ) ( ) A A在自然條件下，熱傳遞的過程是不在自然條件下，熱傳遞的過程是不可逆的可逆的 B B熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫?zé)崃坎豢赡苡筛邷匚矬w傳遞給低溫物體物體CC氣體的擴(kuò)散過程具有方向性氣體的擴(kuò)散過程具有方向性 D D一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性AC例例4.4.下列說法中可行的是下列說法中可行的是 ( ) ( ) 將地球上所有海水的溫度降低將地球上所有海水的溫度降低0.10.1，以放出大量內(nèi)能供人類使用以放出大量內(nèi)能供人類使用 制造一種機(jī)器，把

23、物體與地面摩擦所產(chǎn)制造一種機(jī)器，把物體與地面摩擦所產(chǎn)生的熱量全部收集起來再全部加以使用生的熱量全部收集起來再全部加以使用 建造一只可以從海洋中提取熱量的船，建造一只可以從海洋中提取熱量的船，把熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)把熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn) 制造一種效率為制造一種效率為100100的熱機(jī)的熱機(jī)A.A.可行可行 B B可行可行 CC可行可行 D D都不可行都不可行D例例5.5.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說法中根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說法中正確的是（正確的是（ ） A A不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其它變化用來做功，

24、而不引起其它變化B B沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其它的變化的熱機(jī)是可實(shí)現(xiàn)的起其它的變化的熱機(jī)是可實(shí)現(xiàn)的 CC致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它變化高溫度的空氣中而不引起其它變化D D不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化體，而不引起其他變化AD例例6.6.關(guān)于第二類永動機(jī)，下列說法中正確的關(guān)于第二類永動機(jī)，下列說法中正確的是是 ( ) ( ) A A它既不違反熱力學(xué)第

25、一定律，也不違反它既不違反熱力學(xué)第一定律，也不違反熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律B B它既違反了熱力學(xué)第一定律，也違反了它既違反了熱力學(xué)第一定律，也違反了熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律CC它不違反熱力學(xué)第一定律，只違反熱力它不違反熱力學(xué)第一定律，只違反熱力學(xué)第二定律學(xué)第二定律D D它只違反熱力學(xué)第一定律，不違反熱力它只違反熱力學(xué)第一定律，不違反熱力學(xué)第二定律學(xué)第二定律C例例7.7.根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動理論，可知下根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動理論，可知下列說法中正確的是（列說法中正確的是（ ）A A我們可以利用高科技手段，將流散到周我們可以利用高科技手段，將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不

26、圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其它變化引起其它變化B B利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)造一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這在原理上是可行的械能，這在原理上是可行的CC分子間的作用力總是隨分子間的距離增分子間的作用力總是隨分子間的距離增大而減小大而減小D D溫度升高時，物體中每個分子的運(yùn)動速溫度升高時，物體中每個分子的運(yùn)動速率都將增大率都將增大B例例8.8.用兩種不同的金屬絲組成一個回路，觸點(diǎn)用兩種不同的金屬絲組成一個回路，觸點(diǎn)1 1插在插在熱水中，觸點(diǎn)熱水中，觸點(diǎn)2 2插在冷水中，如圖所示，電

27、流表指針插在冷水中，如圖所示，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。下列有關(guān)溫差會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。下列有關(guān)溫差發(fā)電現(xiàn)象的說法中，正確的是（發(fā)電現(xiàn)象的說法中，正確的是（ ） A A該實(shí)驗(yàn)符合能量轉(zhuǎn)化守恒定律，但違背了熱力該實(shí)驗(yàn)符合能量轉(zhuǎn)化守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律學(xué)第二定律B B該實(shí)驗(yàn)中有部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電路的電能該實(shí)驗(yàn)中有部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電路的電能CC該實(shí)驗(yàn)中熱水的溫度降低，冷水的溫度不變該實(shí)驗(yàn)中熱水的溫度降低，冷水的溫度不變D D該實(shí)驗(yàn)中熱水的溫度降低，冷水的溫度升高該實(shí)驗(yàn)中熱水的溫度降低，冷水的溫度升高康銅絲康銅絲銅絲銅絲BD40第二定律的兩種典型表述第二定律的兩種典型

28、表述熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律能不能找出能不能找出共同的規(guī)律性共同的規(guī)律性?能不能找到一個能不能找到一個判據(jù)判據(jù)? 自然界過程的自然界過程的方向性方向性表現(xiàn)在不同的方面表現(xiàn)在不同的方面注意：注意： 熱力學(xué)第二定律與第一定律一樣是根據(jù)無數(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得熱力學(xué)第二定律與第一定律一樣是根據(jù)無數(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出的出的經(jīng)驗(yàn)定律，經(jīng)驗(yàn)定律，是基本的自然規(guī)律，是基本的自然規(guī)律，不能由其他定律推導(dǎo)不能由其他定律推導(dǎo)得出得出。這兩個定律是。這兩個定律是相互獨(dú)立相互獨(dú)立的定律，共同構(gòu)成熱力學(xué)基的定律，共同構(gòu)成熱力學(xué)基礎(chǔ)礎(chǔ)。41 熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換 傳傳 熱熱 1851年年 開爾文普朗克表述開爾文普朗克表述 熱功轉(zhuǎn)換的角度

29、熱功轉(zhuǎn)換的角度 1850年年 克勞修斯表述克勞修斯表述 熱量傳遞的角度熱量傳遞的角度 熱力學(xué)第二定律的熱力學(xué)第二定律的表述表述有有 60-7060-70 種種421.克勞修斯表述克勞修斯表述熱量不可能熱量不可能自發(fā)地不花代價地自發(fā)地不花代價地從低溫從低溫 物體傳向高溫物體。物體傳向高溫物體。2.開爾文開爾文-普朗克表述普朗克表述不可能制造不可能制造循環(huán)循環(huán)熱機(jī)，只從熱機(jī)，只從一一 個熱源個熱源吸熱，將之吸熱，將之全部全部轉(zhuǎn)化為功，而轉(zhuǎn)化為功，而 不在外界留下任何影響不在外界留下任何影響。理想氣體可逆等溫膨脹理想氣體可逆等溫膨脹TtQWW環(huán)境一個熱源環(huán)境一個熱源? ?吸收熱量全部轉(zhuǎn)變成功吸收熱量

30、全部轉(zhuǎn)變成功? ?是否違反開爾文是否違反開爾文- -普朗克表述？普朗克表述？討論：討論：43第二類永動機(jī)：第二類永動機(jī)：從從單一熱源單一熱源取熱并使之完全變?yōu)楣?，取熱并使之完全變?yōu)楣?，而不引起其他變化的熱機(jī)。而不引起其他變化的熱機(jī)。 第二類永動機(jī)的熱效率是100，顯然是違反熱力學(xué)第二定律的開爾文-普朗克表述，是不可能存在的。熱力學(xué)第二定律可表述為：熱力學(xué)第二定律可表述為：第二類永動機(jī)是不可能存在的。第二類永動機(jī)是不可能存在的。注意注意第二類永動機(jī)不違反熱力學(xué)第一定律第二類永動機(jī)不違反熱力學(xué)第一定律關(guān)于熱力學(xué)第二定律的幾點(diǎn)說明：關(guān)于熱力學(xué)第二定律的幾點(diǎn)說明：1. 1. 第二類永動機(jī)服從能量守恒原

31、理即第一定律第二類永動機(jī)服從能量守恒原理即第一定律2.“2.“不能僅從單一熱源取熱全部轉(zhuǎn)化為功而不引不能僅從單一熱源取熱全部轉(zhuǎn)化為功而不引起任何其它變化起任何其它變化” 例如，在理想氣體等溫膨脹時，例如，在理想氣體等溫膨脹時，T T=0=0；U U=0=0；Q Q= =W W，熱就全部轉(zhuǎn)化為功，但系統(tǒng)的體積變大了、壓力，熱就全部轉(zhuǎn)化為功，但系統(tǒng)的體積變大了、壓力變小了。變小了。45完全等效完全等效!違反一種說法,必違反另一種說法!3.兩種說法的關(guān)系兩種說法的關(guān)系克勞修斯說法克勞修斯說法開爾文說法開爾文說法46證明證明1 1、違反開爾文說法必導(dǎo)致違、違反開爾文說法必導(dǎo)致違反克勞修斯說法反克勞修斯

32、說法 Q1 = WA + Q2反證法：反證法：假定違反假定違反開爾文說法開爾文說法 熱機(jī)熱機(jī)A從單熱源吸熱全部作功從單熱源吸熱全部作功Q1 = WA 用熱機(jī)用熱機(jī)A帶動可逆制冷機(jī)帶動可逆制冷機(jī)B 取絕對值取絕對值 Q1 -Q2= WA = Q1 Q1 -Q1 = Q2 違反違反克勞修斯說法克勞修斯說法 熱源熱源T1AB熱源熱源 T2 T1 Q2Q1WAQ147證明證明2 2、違反克勞修斯說法必導(dǎo)致違、違反克勞修斯說法必導(dǎo)致違反開爾文說法反開爾文說法 WA = Q1 - Q2反證法：反證法：假定違反克勞修斯說法假定違反克勞修斯說法 Q2熱量無償從熱源熱量無償從熱源T2送到熱源送到熱源T1假定熱機(jī)

33、假定熱機(jī)A從熱源吸熱從熱源吸熱Q1 熱源熱源T2無變化無變化 從熱源從熱源T1吸收吸收Q1-Q2全變成功全變成功WA 違反違反開爾文說法開爾文說法 熱源熱源T1 A熱源熱源 T2 T1 Q2Q2WAQ1Q2對外作功對外作功WA對冷源放熱對冷源放熱Q23.卡諾循環(huán)和卡諾定理3.1卡諾循環(huán)（卡諾循環(huán)（Carnot cycle） 在19世紀(jì)上半葉，人們從理論上研究如何提高熱機(jī)效率。1824年，法國青年工程師卡諾，提出了一種理想熱機(jī)。這種熱機(jī)的工質(zhì)只與兩個恒溫?zé)嵩唇粨Q能量只與兩個恒溫?zé)嵩唇粨Q能量，并且不存在散熱、漏氣和摩擦等因素，稱為卡諾熱機(jī)卡諾熱機(jī)，其循環(huán)稱為卡諾循環(huán)。卡諾循環(huán)在理論上指出了提高熱機(jī)

34、效率的可靠途徑，并由此奠定了熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)?？ㄖZ循環(huán)由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成，請看圖示。其工質(zhì)可以是理想氣體。熱機(jī)熱機(jī)(heat engine):(heat engine): 將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置。 當(dāng)熱機(jī)工作時，從高溫?zé)嵩次諢崃浚瑢⑵渲械囊徊糠洲D(zhuǎn)化為功，其余部分則傳熱給低溫?zé)嵩础?.卡諾循環(huán)和卡諾定理3.1卡諾循環(huán)（卡諾循環(huán)（Carnot cycle）2021-10-243.1卡諾循環(huán)（卡諾循環(huán)（Carnot cycle） 1824年，法國工程師N.L.S.Carnot (17961832)設(shè)計了一個循環(huán)，以理想氣體為工作物質(zhì)，從高溫 熱源吸收 的熱量，一部分通過理想熱機(jī)

35、用來對外做功W，另一部分 的熱量放給低溫 熱源。()ThhQcQ()TcN.L.S.Carnot3.卡諾循環(huán)和卡諾定理51法國工程師法國工程師 卡諾卡諾1824年提出年提出卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)既然既然t =100不可能熱機(jī)能達(dá)到的熱機(jī)能達(dá)到的最高效率最高效率有多少？有多少？熱力學(xué)第二定律奠基人熱力學(xué)第二定律奠基人效率最高效率最高3.卡諾循環(huán)和卡諾定理卡諾定理：所有工作于同溫?zé)嵩春屯瑴乩湓粗g的熱機(jī)，其效率都不能超過可逆機(jī)，即可逆機(jī)的效率最大。2021-10-24卡諾循環(huán)（卡諾循環(huán)（Carnot cycle）1mol 理想氣體的卡諾循環(huán)在pV圖上可以分為四步： 過程1：等溫 可逆膨脹由 到h()T1

36、1VpB)A(22Vp01U所作功如AB曲線下的面積所示。Qh = - W1 121lnVVnRTWh2021-10-24過程2：絕熱可逆膨脹由 到22hp V T33c(BC)p V T02Q所作功如BC曲線下的面積所示。chTTmVdTCUW,222021-10-24過程3：等溫(TC)可逆壓縮由 到33VpD)C(44Vp環(huán)境對體系所作功如DC曲線下的面積所示Qc= - W3U3=0 343lnVVnRTWc2021-10-24過程4：絕熱可逆壓縮由 到44cp V T1 1 h(DA)pVT環(huán)境對體系所作的功如DA曲線下的面積所示。hcTTmVdTCUW,44Q4=02021-10-2

37、4整個循環(huán)：0UQQQch hQ是體系所吸的熱，為正值，cQ是體系放出的熱，為負(fù)值。2413 (WWWWW和對消）即ABCD曲線所圍面積為熱機(jī)所作的功。凈結(jié)果:理想氣體回到了原態(tài) 高溫?zé)嵩碩2由于過程1損失了熱Q2 低溫?zé)嵩碩1由于過程3得到了熱Q1 U0 -WQ1Q2 58卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) 理想可逆熱機(jī)循環(huán)理想可逆熱機(jī)循環(huán)卡諾循環(huán)示意圖4-1絕熱壓縮絕熱壓縮過程，對內(nèi)作功過程，對內(nèi)作功1-2定溫吸熱定溫吸熱過程，過程， q1 = T1(s2-s1)2-3絕熱膨脹絕熱膨脹過程，對外作功過程，對外作功3-4定溫放熱定溫放熱過程，過程， q2 = T2(s2-s1)59t1wq卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)熱機(jī)

38、效率熱機(jī)效率卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)熱機(jī)效率熱機(jī)效率T1T2ECq1q2w122111qqqqq 12121122c1)()(1TTssTssT60卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的說明熱機(jī)效率的說明 c只取決于只取決于恒溫恒溫?zé)嵩礋嵩碩1和和T2 而與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)；而與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)； T1 c , T2 c ，溫差越大，溫差越大， c越高越高 當(dāng)當(dāng)T1=T2， c = 0, 單熱源熱機(jī)不可能單熱源熱機(jī)不可能 T1 = K, T2 = 0 K, c Q1R多多 Q2C tR多多 Q1R多多 = T1(sc-sa) Q2R多多 = T2(sc-sa) Ts66ct任, 卡諾定理：卡諾定理：在兩個不同溫度的在

39、兩個不同溫度的恒溫?zé)嵩春銣責(zé)嵩撮g工作的間工作的 所有熱機(jī)，以所有熱機(jī)，以可逆熱機(jī)可逆熱機(jī)的熱效率為的熱效率為最高最高。 卡諾提出：卡諾提出：卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)效率最高效率最高即在恒溫即在恒溫T1、T2下下 結(jié)論正確，但推導(dǎo)過程是錯誤的結(jié)論正確，但推導(dǎo)過程是錯誤的 當(dāng)時盛行當(dāng)時盛行“熱質(zhì)說熱質(zhì)說” 1850年開爾文，年開爾文，1851年克勞修斯分別重新證年克勞修斯分別重新證明明熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的推論之一的推論之一3.卡諾循環(huán)和卡諾定理67卡諾定理卡諾定理推論一推論一T1T2R1R2Q1Q1Q2Q2WR1 求證：求證： tR1 = tR2 由卡諾定理由卡諾定理 tR1 tR2 tR2 t

40、R1 WR2 只有：只有： tR1 = tR2 tR1 = tR2= C與工質(zhì)無關(guān)與工質(zhì)無關(guān) 在在相同溫度相同溫度的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切一切可逆循環(huán)可逆循環(huán)，其，其熱效率都相等熱效率都相等，與可逆循環(huán)的，與可逆循環(huán)的種類無關(guān)種類無關(guān)，與采，與采用哪種用哪種工質(zhì)也無關(guān)工質(zhì)也無關(guān)。68卡諾定理卡諾定理推論二推論二 在同為溫度在同為溫度T1的熱源和同為溫度的熱源和同為溫度T2的冷源間工的冷源間工作的作的一切不可逆循環(huán)一切不可逆循環(huán)，其熱效率必，其熱效率必小于可逆循環(huán)熱小于可逆循環(huán)熱效率。效率。T1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIR 已證：已證： t

41、IR tR 只要證明只要證明 tIR = tR 反證法反證法,假定：假定： tIR = tR 令令 Q1 = Q1 則則 WIR = WR 工質(zhì)循環(huán)、冷熱源均恢復(fù)原狀，工質(zhì)循環(huán)、冷熱源均恢復(fù)原狀，外界無痕跡，只有可逆才行，外界無痕跡，只有可逆才行，與原假定矛盾。與原假定矛盾。 Q1- Q1 = Q2 - Q2= 0 WR69卡諾定理卡諾定理 定理定理1：在在相同溫度相同溫度的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)岬母邷責(zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的源之間工作的一切可逆循環(huán)一切可逆循環(huán)，其，其熱效率都相等熱效率都相等，與，與可逆循環(huán)的可逆循環(huán)的種類無關(guān)種類無關(guān)，與采用哪種，與采用哪種工質(zhì)也無關(guān)工質(zhì)也無關(guān)。 定理

42、定理2：在同為溫度在同為溫度T1的熱源和同為溫度的熱源和同為溫度T2的冷的冷源間工作的源間工作的一切不可逆循環(huán)一切不可逆循環(huán)，其熱效率必，其熱效率必小于可逆小于可逆循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率。 理論意義：理論意義： 1）提高熱機(jī)效率的途徑：可逆、提高）提高熱機(jī)效率的途徑：可逆、提高T1，降低降低T2； 2）提高熱機(jī)效率的極限。提高熱機(jī)效率的極限。70循環(huán)熱效率計算式：循環(huán)熱效率計算式：1211qqqwnettHmLmtTT,1適用于一切循環(huán)、任意工質(zhì)適用于一切循環(huán)、任意工質(zhì)適用于多熱源可逆循環(huán)、任意工質(zhì)適用于多熱源可逆循環(huán)、任意工質(zhì)適用于卡諾循環(huán)、概括性卡諾適用于卡諾循環(huán)、概括性卡諾循環(huán)、任意工質(zhì)循

43、環(huán)、任意工質(zhì)HLtTT171熵的導(dǎo)出熵的導(dǎo)出 比熵比熵的定義式：的定義式：比熵是由熱力學(xué)第二定律導(dǎo)出的狀態(tài)參數(shù)。比熵是由熱力學(xué)第二定律導(dǎo)出的狀態(tài)參數(shù)。根據(jù)卡諾定理，在溫度分別為根據(jù)卡諾定理，在溫度分別為T1與與T2的兩個恒的兩個恒溫?zé)嵩撮g工作的一切可逆熱機(jī)的熱效率都相同，與溫?zé)嵩撮g工作的一切可逆熱機(jī)的熱效率都相同，與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。22t1111qTqT 2211qTqT1212qqTT式中式中q1、q2均為絕對值，若取代數(shù)值，可改成均為絕對值，若取代數(shù)值，可改成Tqsrevd 4.狀態(tài)參數(shù)熵7212120qqTT在卡諾循環(huán)中，單位質(zhì)量工質(zhì)與熱在卡諾循環(huán)中，單位質(zhì)量工質(zhì)與熱源交

44、換的熱量除以熱源的熱力學(xué)溫源交換的熱量除以熱源的熱力學(xué)溫度所得商的代數(shù)和等于零。度所得商的代數(shù)和等于零。對于任意一個可逆循環(huán)，對于任意一個可逆循環(huán)，可以用一組可逆絕熱線，將其可以用一組可逆絕熱線，將其分割成無數(shù)微元卡諾循環(huán)。分割成無數(shù)微元卡諾循環(huán)。對整個循環(huán)積分，則得對整個循環(huán)積分，則得克勞修斯克勞修斯積分等式積分等式對于每一個微元卡諾循環(huán)，對于每一個微元卡諾循環(huán)，0r22r11TqTq02B1r221A2r11TqTq0rrevTq73一定是某一參數(shù)的全微分。一定是某一參數(shù)的全微分。的積分與積分路徑無關(guān)。的積分與積分路徑無關(guān)。根據(jù)狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)斷定，根據(jù)狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)斷定，q/T一定是某一一

45、定是某一狀態(tài)參數(shù)的全微分。狀態(tài)參數(shù)的全微分。這一狀態(tài)參數(shù)被稱為這一狀態(tài)參數(shù)被稱為比熵比熵，用用s表示。表示。 注意：注意：由于是可逆過程，工質(zhì)的溫度也等于由于是可逆過程，工質(zhì)的溫度也等于熱源的溫度。熱源的溫度。 rrevTq0rrevTq1B2rrev1A2rrevTqTqrrevTqrrevdTqs Tqrev74對于質(zhì)量為對于質(zhì)量為 m 的工質(zhì)，的工質(zhì)，rrevrevdTQTQS0rrevTQ注意：注意：1. 1. 熵的變化表征了可逆過程中熱交換的方向與大小熵的變化表征了可逆過程中熱交換的方向與大小。2. 2. 熵的定義式中的熱量是可逆過程中交換的熱量；熵的定義式中的熱量是可逆過程中交換的

46、熱量；溫度是熱源溫度或工質(zhì)溫度，要用絕對溫度。溫度是熱源溫度或工質(zhì)溫度，要用絕對溫度。3. 3. 0rrevTQ熱量是工質(zhì)與熱源交換的熱量，溫度熱量是工質(zhì)與熱源交換的熱量，溫度是熱源溫度。是熱源溫度。75（1）克勞修斯不等式克勞修斯不等式 根據(jù)卡諾定理，在相同的恒溫高溫?zé)嵩锤鶕?jù)卡諾定理，在相同的恒溫高溫?zé)嵩碩1和恒溫低溫?zé)嵩春秃銣氐蜏責(zé)嵩碩2之間工作的不可逆熱機(jī)的熱之間工作的不可逆熱機(jī)的熱效率一定小于可逆熱機(jī)的熱效率，即效率一定小于可逆熱機(jī)的熱效率，即221111QTQT 2121QQTT12120QQTTQ對于單位質(zhì)量工質(zhì)：對于單位質(zhì)量工質(zhì)：02211TqTq5.克勞修斯不等式和不可逆過程的

47、熵變76一個不可逆循環(huán)可以用無數(shù)可逆絕熱線分割成無數(shù)微元循環(huán)。一個不可逆循環(huán)可以用無數(shù)可逆絕熱線分割成無數(shù)微元循環(huán)。包括可逆循環(huán)和不可逆循環(huán)。包括可逆循環(huán)和不可逆循環(huán)。對任意一個不可逆微元循環(huán)：對任意一個不可逆微元循環(huán)：對任意一個可逆微元循環(huán)對任意一個可逆微元循環(huán)：0r22r11TqTq0r22r11TqTq對整個不可逆循環(huán)：對整個不可逆循環(huán)：0rTq0rTq稱為稱為克勞修斯不等式克勞修斯不等式，適，適用于任意不可逆循環(huán)。用于任意不可逆循環(huán)。77克勞修斯不等式克勞修斯不等式與與克勞修斯等式克勞修斯等式合寫成合寫成上式是熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一，可用于上式是熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一，

48、可用于判斷一個循環(huán)是否能進(jìn)行，是否可逆。判斷一個循環(huán)是否能進(jìn)行，是否可逆?？赡婵赡?“=”不可逆不可逆“不可逆）不可逆）21r12TQSS對于任意過程：對于任意過程：對于微元過程：對于微元過程：rdTQS 對于對于1kg1kg工質(zhì)：工質(zhì)：rdTqs 上面三個式子為熱力學(xué)第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式上面三個式子為熱力學(xué)第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式可判斷過程能否進(jìn)行、是否可逆、不可逆性大小?？膳袛噙^程能否進(jìn)行、是否可逆、不可逆性大小。注意：注意：1）Tr是熱源溫度；是熱源溫度； 2）q、Q 的符號以工質(zhì)考慮的符號以工質(zhì)考慮。80可逆可逆“=”不可逆，不等號不可逆，不等號第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式討論討論：1

49、) 違反上述任一表達(dá)式就可導(dǎo)出違反第二定律；違反上述任一表達(dá)式就可導(dǎo)出違反第二定律；2）熱力學(xué)第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式給出了熱過程的熱力學(xué)第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式給出了熱過程的 方向判據(jù)。方向判據(jù)。小結(jié)：小結(jié)：0drr21r12TqTqsTqss3 3）對于循環(huán)，有）對于循環(huán)，有 0ds則：則：21r12Tqss 0rTq81閉口系統(tǒng)終壓相同閉口系統(tǒng)終壓相同p2=p2s是絕熱膨脹過程是絕熱膨脹過程可以看出：可以看出：sss22sTT22svv22可得出：可得出：suu22sww282pTs2s22s2cv cv v閉口系統(tǒng)終壓相同閉口系統(tǒng)終壓相同v2=v2s是絕熱膨脹過程是絕熱膨脹過程83熵變量的計算熵變

50、量的計算1. 1. 絕對熵絕對熵 熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度0K（絕對溫度零度）時（絕對溫度零度）時純物質(zhì)純物質(zhì)的熵為零，以的熵為零，以此為起點(diǎn)的熵稱為絕對熵。此為起點(diǎn)的熵稱為絕對熵。注意：注意：對化學(xué)成分發(fā)生變化的化學(xué)反應(yīng)物系，必須采用絕對熵計算。2. 2. 相對熵相對熵 人為規(guī)定一個參照狀態(tài)（基準(zhǔn)點(diǎn)）下的熵值人為規(guī)定一個參照狀態(tài)（基準(zhǔn)點(diǎn)）下的熵值S S基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)0（或（或等于某一定值），從而得出的熵的相對值稱為相對熵。等于某一定值），從而得出的熵的相對值稱為相對熵。TpTpTqss,0,?理想氣體選：理想氣體選：p=101325Pa，T=0K基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇：基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇：水和水蒸氣取三相點(diǎn)時的液

51、態(tài)水：水和水蒸氣取三相點(diǎn)時的液態(tài)水：p=611.659Pa，T=273.16K84熵變量的計算熵變量的計算計算原則：計算原則： 熵是狀態(tài)參數(shù)，只要系統(tǒng)的狀態(tài)熵是狀態(tài)參數(shù)，只要系統(tǒng)的狀態(tài)1 1和和2 2是平衡狀態(tài)，無論是平衡狀態(tài)，無論1 1到到2 2經(jīng)歷的過程如何，都可以通過經(jīng)歷的過程如何，都可以通過1 1和和2 2的任何可逆過程計算。的任何可逆過程計算。21rev21TQS注意：注意： 過程中如果有相變過程出現(xiàn)，如固體溶解、液態(tài)汽化、蒸氣凝結(jié)等，整個過程的熵變量需要分段計算。85熵變的計算方法vvcppcsppRTTcsvvRTTcspvgpgvddlndlnd2121211221211221

52、21131233121TQSSS理想氣體理想氣體Ts1234任何過程任何過程224244121TQSSS86熱源的熵變計算：熱源的熵變計算： 熱源是一個給工質(zhì)提供熱量，或接受工質(zhì)排出熱量的物熱源是一個給工質(zhì)提供熱量，或接受工質(zhì)排出熱量的物體，越過其邊界的所有能量都是以熱的形式進(jìn)行的。體，越過其邊界的所有能量都是以熱的形式進(jìn)行的。當(dāng)熱源接收或放出熱量時，當(dāng)熱源接收或放出熱量時，若溫度不變?nèi)魷囟炔蛔?，則其熵變?yōu)椋?，則其熵變?yōu)椋簉TQS 若溫度變化時若溫度變化時，則其熵變?yōu)椋?，則其熵變?yōu)椋簉TQS87孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)無質(zhì)量交換無質(zhì)量交換 孤立系統(tǒng)的熵只能增大，或者不變，絕不能減孤立系統(tǒng)的熵只能增大，或者