熱力學(xué)第二定律

1、應(yīng)用化學(xué)系應(yīng)用化學(xué)系1301班班王鵬王鵬翔翔 2013080112熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律Carnot定理定理熵的概念熵的概念Clausius不等式不等式熵變的熵變的計(jì)算計(jì)算一、自發(fā)過(guò)程三、熱力學(xué)第二定律二、熱、功轉(zhuǎn)換自發(fā)過(guò)程：自發(fā)過(guò)程：在自然條件下（不需要人為加入功的條件），能夠發(fā)生的過(guò)程。非自發(fā)過(guò)程：非自發(fā)過(guò)程：自發(fā)過(guò)程的逆過(guò)程或需要加入功才能進(jìn)行的過(guò)程。自發(fā)過(guò)程自發(fā)過(guò)程的共同特征的共同特征:自發(fā)過(guò)程必為不可逆過(guò)程。 并不是說(shuō)自發(fā)過(guò)程的逆過(guò)程就不能進(jìn)行，要使自發(fā)過(guò)程的逆向進(jìn)行，必須讓環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做功。一、自發(fā) 過(guò)程1.過(guò)程的方向是使推動(dòng)力減??；2.過(guò)程限度是推動(dòng)力0；3.是熱力學(xué)不可逆過(guò)

2、程（其逆過(guò)程不可能是使系統(tǒng)和環(huán) 境都復(fù)原）；4.隔離系統(tǒng)內(nèi)具有某種推動(dòng)力；T,P,C5.具有做功能力。自發(fā)過(guò)程：自發(fā)過(guò)程：不需要外功，就能自動(dòng)進(jìn)行的變化過(guò)程。 尼古拉萊昂納爾薩迪卡諾（Nicolas Lonard Sadi Carnot，1796年6月1日1832年8月24日），是法國(guó)青年工程師、熱力學(xué)的創(chuàng)始人之一。兼有理論科學(xué)才能與實(shí)驗(yàn)科學(xué)才能，是第一個(gè)把熱和動(dòng)力聯(lián)系起來(lái)的人，是熱力學(xué)的真正的理論基礎(chǔ)建立者。 他出色地、創(chuàng)造性地用“理想實(shí)驗(yàn)”的思維方法，提出了最簡(jiǎn)單，但有重要理論意義的熱機(jī)循環(huán)卡諾循環(huán)，并假定該循環(huán)在準(zhǔn)靜態(tài)條件下是可逆的，與工質(zhì)無(wú)關(guān)，創(chuàng)造了一部理想的熱機(jī)（卡諾熱機(jī)）。進(jìn)氣行程

3、進(jìn)氣行程 此時(shí)，活塞被曲軸帶動(dòng)由上止點(diǎn)向下上止點(diǎn)移動(dòng)，同時(shí)，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟，排氣門(mén)關(guān)閉。當(dāng)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，活塞上方的容積增大，氣缸內(nèi)的氣體壓力下降，形成一定的真空度。由于進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟，氣缸與進(jìn)氣管相通，混合氣被吸入氣缸。當(dāng)活塞移動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)充滿了新鮮混合氣以及上一個(gè)工作循環(huán)未排出的廢氣。壓縮行程壓縮行程 活塞由下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)，進(jìn)排氣門(mén)關(guān)閉。曲軸在飛輪等慣性力的作用下帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連桿推動(dòng)活塞向上移動(dòng)，氣缸內(nèi)氣體容積逐漸減小，氣體被壓縮，氣缸內(nèi)的混合氣壓力與溫度隨著升高。 作功行程作功行程 此時(shí)，進(jìn)排氣門(mén)同時(shí)關(guān)閉，火花塞點(diǎn)火，混合氣劇烈燃燒，氣缸內(nèi)的溫度、壓力急劇上升，高溫、高

4、壓氣體推動(dòng)活塞向下移動(dòng)，通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的四個(gè)行程中，只有這個(gè)在行程才實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以，這個(gè)行程又稱為作功行程。排氣行程排氣行程 此時(shí)，排氣門(mén)打開(kāi)，活塞從下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)，廢氣隨著活塞的上行，被排出氣缸。由于排氣系統(tǒng)有阻力，且燃燒室也占有一定的容積，所以在排氣終了地，不可能將廢氣排凈，這部分留下來(lái)的廢氣稱為殘余廢氣。殘余廢氣不僅影響充氣，對(duì)燃燒也有不良影響。汽油機(jī)汽油機(jī) 柴油柴油機(jī)機(jī) 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（Gasoline Engine ）是以汽油作為燃料，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能的的發(fā)動(dòng)機(jī)。由于汽油粘性小，蒸發(fā)快，可以用汽油噴射系統(tǒng)將汽油噴入氣缸，經(jīng)過(guò)壓縮達(dá)到一定的溫度和壓力后，

5、用火花塞點(diǎn)燃，使氣體膨脹做功。汽油機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、造價(jià)低廉、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、使用維修方便。汽油機(jī)在汽車(chē)上，特別是小型汽車(chē)上大量使用。 熱力學(xué)基本定律之一，其表述為:不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，或不可逆熱力過(guò)程中熵的微增量總是大于零。又稱“熵增定律”，表明了在自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總混亂度(即“熵”)不會(huì)減小。 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律就是通過(guò)熱功轉(zhuǎn)換的限制來(lái)研究過(guò)程進(jìn)行的方向和限度。三、熱力學(xué)第二定律三、熱力學(xué)第二定律一一熱機(jī)效率熱機(jī)效率 通過(guò)通過(guò)工作介質(zhì)從工作介質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰嶙鞴Γ桓?/p>

6、溫?zé)嵩次鼰嶙鞴?，然后從低溫?zé)嵩捶艧岜旧砗髲牡蜏責(zé)嵩捶艧岜旧韽?fù)原如此循環(huán)操作，不復(fù)原如此循環(huán)操作，不斷將熱轉(zhuǎn)化為功的斷將熱轉(zhuǎn)化為功的機(jī)器。機(jī)器。 此定律是人類長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)際與科學(xué)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)。它有很多種說(shuō)法。主要為：1、克勞修斯說(shuō)法克勞修斯說(shuō)法：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其它影響。 克勞修斯說(shuō)法反映了傳熱過(guò)程的不可逆性。2、開(kāi)爾文說(shuō)法開(kāi)爾文說(shuō)法：不可能從單一熱源吸熱使之完全變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響。卡諾熱機(jī)效率公式u說(shuō)明說(shuō)明：熱機(jī)效率量綱為一。由于不能將吸進(jìn)的熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，因?。u為了提高熱機(jī)效率，卡諾設(shè)想出一個(gè)理想可逆循環(huán)卡諾循環(huán)，工作介質(zhì)為理想氣體。卡諾效率（Carnot Eff

7、iciency） = 1Tc / ThTc 代表卡諾熱機(jī)低溫端（環(huán)境）的絕對(duì)溫度值、Th 代表熱機(jī)高溫端工質(zhì)(氣體)的絕對(duì)溫度值；由此計(jì)算得知：假如高溫端工質(zhì)絕對(duì)溫度Th在1000K（727）、低溫端（環(huán)境）絕對(duì)溫度Tc在300K（27）時(shí),卡諾熱機(jī)的最大熱功轉(zhuǎn)換效率是1-Tc/Th=70% 靜1429 2014-12-10 Carnnot定理推論的有兩個(gè)可逆熱機(jī)R和R,其熱機(jī)效率分別為 和由R是可逆熱機(jī)得RRRR由R是可逆熱機(jī)得RRR卡諾定理的推論在高、低溫兩熱源間工作的所有可逆熱機(jī)，其熱機(jī)效率必然相等，與工質(zhì)及其變化的類型無(wú)關(guān)?！肮べ|(zhì)”，指可為真實(shí)氣體，也可為易揮發(fā)液體；“變化”，指可以為

8、pvt變化，也可有相變化，如氣體凝結(jié)與液體蒸發(fā)，也可有化學(xué)反應(yīng)但是，只要高低溫?zé)嵩礈囟却_定，則工作于此兩熱源間的可逆熱機(jī)的效率為一定，與利用的何種工質(zhì)、何種過(guò)程無(wú)關(guān)。在卡諾循環(huán)中:或即卡諾循環(huán)中，熱效應(yīng)與溫度商值的加和等于零。由卡諾定理，所有的可逆熱機(jī)的效率相等，與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，得其它可逆熱機(jī)的循環(huán)中熱效應(yīng)與溫度商值的加和等于零。 把任意可逆循環(huán)分成許多首尾相連的小卡諾循環(huán)，前一個(gè)循環(huán)的絕熱可逆膨脹線與下一個(gè)循環(huán)的絕熱可逆壓縮線重疊部分，因重疊部分對(duì)消，所以這些小卡諾循環(huán)的總和，形成了沿該任意可逆循環(huán)曲線的封閉折線。當(dāng)小卡諾循環(huán)無(wú)限多時(shí)，等溫線聚成一點(diǎn)和原循環(huán)一致。封閉折線總效應(yīng)與任意可逆循環(huán)的封閉曲線相當(dāng)。 不僅卡諾循壞的熱溫商之和等于零，而且可以證明任意可逆循環(huán)的熱溫商之和均等于零。 設(shè)溫度相同的兩個(gè)高、低溫?zé)嵩撮g有一個(gè)可逆熱機(jī)和一個(gè)不可逆熱機(jī)。Clausius 不等式則：根據(jù)Carnot定理：推廣為與n個(gè)熱源接觸的