工程熱力學 第五章 熱力學第二定律課件.pptx

1、第五章 熱力學第二定律本章知識點理解熱力學第二定律的實質(zhì)，卡諾循環(huán)，卡諾定理，孤立系統(tǒng)熵增原理，深刻理解熵的定義式及其物理意義。熟練應(yīng)用熵方程，計算任意過程熵的變化，以及作功能力損失的計算，了解火用、火無 的概念。本章重點（1）l深入理解熱力學第二定律的實質(zhì)，它的必要性。它揭示的是什么樣的規(guī)律；它的作用。2深入理解熵參數(shù)。為什么要引入熵。是在什么基礎(chǔ)上引出的。怎樣引出的。它有什么特點。3系統(tǒng)熵變的構(gòu)成，熵產(chǎn)的意義，熟練地掌握熵變的計算方法。本章重點（2）4深入理解熵增原理,并掌握其應(yīng)用。5深入理解能量的可用性，掌握作功能力損失的計算方法能量之間數(shù)量的關(guān)系熱力學第一定律能量守恒與轉(zhuǎn)換定律所有滿足

2、能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的過程是否都能自發(fā)進行自發(fā)過程的方向性自發(fā)過程：不需要任何外界作用而自動進 行的過程。自然界自發(fā)過程都具有方向性 熱量由高溫物體傳向低溫物體 摩擦生熱 水自動地由高處向低處流動 電流自動地由高電勢流向低電勢自發(fā)過程的方向性功量自發(fā)過程具有方向性、條件、限度摩擦生熱熱量100%熱量發(fā)電廠功量40%放熱 熱力學第二定律的實質(zhì)能不能找出共同的規(guī)律性?能不能找到一個判據(jù)? 自然界過程的方向性表現(xiàn)在不同的方面熱力學第二定律5-1 第二定律的表述與實質(zhì) 熱功轉(zhuǎn)換 傳 熱 熱二律的表述有 60-70 種 1851年 開爾文普朗克表述 熱功轉(zhuǎn)換的角度 1850年 克勞修斯表述 熱量傳遞的角度

3、開爾文普朗克表述 不可能從單一熱源取熱，并使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響。 熱機不可能將從熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Γ仨殞⒛骋徊糠謧鹘o冷源。理想氣體 T 過程 q = w冷熱源:容量無限大，取、放熱其溫度不變 理想氣體 T 過程q = wT s p v 1 2 熱機：連續(xù)作功 構(gòu)成循環(huán)1 2 有吸熱，有放熱但違反了熱力學第二定律熱二律與第二類永動機第二類永動機：設(shè)想的從單一熱源取熱并使之完全變?yōu)楣Φ臒釞C。這類永動機并不違反熱力 學第一定律第二類永動機是不可能制造成功的環(huán)境是個大熱源第二類永動機? 如果三峽水電站用降溫法發(fā)電，使水溫降低5C，發(fā)電能力可提高11.7倍。設(shè)水位差為18

4、0米重力勢能轉(zhuǎn)化為電能：mkg水降低5C放熱：克勞修斯表述 不可能將熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其它變化。 熱量不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳至高溫物體?？照{(diào),制冷代價：耗功兩種表述的關(guān)系開爾文普朗克表述 完全等效!克勞修斯表述：違反一種表述,必違反另一種表述!5-2 卡諾循環(huán)與卡諾定理法國工程師卡諾 (S. Carnot)，1824年提出卡諾循環(huán)既然t =100不可能熱機能達到的最高效率有多少？熱二律奠基人效率最高S. 卡諾 Nicolas Leonard Sadi Carnot（1796-1832）法國卡諾循環(huán)和卡諾定理,熱二律奠基人 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)示意圖4-1絕熱壓縮過程，對

5、內(nèi)作功w21-2定溫吸熱過程， q1 = T1(s2-s1)2-3絕熱膨脹過程，對外作功w13-4定溫放熱過程， q2 = T2(s2-s1)卡諾循環(huán)熱機效率卡諾循環(huán)熱機效率T1T2Rcq1q2w t,c只取決于恒溫熱源T1和T2 而與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)；卡諾循環(huán)熱機效率的說明 T1 t,c , T2 c ，溫差越大，t,c越高 當T1=T2， t,c = 0, 單熱源熱機不可能 T1 = K, T2 = 0 K, t,c tR2 tR2 tR1 WR2 只有： tR1 = tR2 tR1 = tR2= tC與工質(zhì)無關(guān)卡諾定理推論二 在兩個不同溫度的恒溫熱源間工作的任何不可逆熱機，其熱效率總小于這

6、兩個熱源間工作的可逆熱機的效率。T1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIR 已證： tIR tR 只要證明 tIR = tR 反證法,假定：tIR = tR 因為 WIR = WR 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，與原假定矛盾。 所以 Q1Q1WR卡諾定理小結(jié)1、在兩個不同 T 的恒溫熱源間工作的一切 可逆熱機 tR = tC 2、多熱源間工作的一切可逆熱機 tR多 同溫限間工作卡諾機 tC 3、不可逆熱機tIR 同熱源間工作可逆熱機tR tIR tR= tC 在給定的溫度界限間工作的一切熱機， tC最高 熱機極限 卡諾定理的意義 從理論上確定了通過熱機循環(huán)實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能

7、的條件，指出了提高熱機熱效率的方向，是研究熱機性能不可缺少的準繩。 對熱力學第二定律的建立具有重大意義?？ㄖZ定理舉例 A 熱機是否能實現(xiàn)1000 K300 KA2000 kJ800 kJ1200 kJ可能 如果：W=1500 kJ1500 kJ不可能500 kJ5-3 熵及熵方程和克勞修斯不等式熱二律推論之一 卡諾定理給出熱機的最高理想熱二律推論之二 克勞修斯不等式反映方向性熱二律推論之三 熵反映方向性熵的導出定義：熵于19世紀中葉首先克勞修斯(R.Clausius)引入，式中S從1865年起稱為entropy，由清華劉仙洲教授譯成為“熵”。小知識克勞修斯不等式可逆過程， ， 代表某一狀態(tài)函數(shù)

8、。= 可逆循環(huán) 不可逆S與傳熱量的關(guān)系= 可逆不可逆：不可逆過程定義熵產(chǎn)：純粹由不可逆因素引起結(jié)論：熵產(chǎn)是過程不可逆性大小的度量。熵流：永遠熱二律表達式之一熵流、熵產(chǎn)和熵變?nèi)我獠豢赡孢^程可逆過程不可逆絕熱過程可逆絕熱過程不易求熵變的計算方法理想氣體僅可逆過程適用Ts1234任何過程 5-4 孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)無質(zhì)量交換結(jié)論：孤立系統(tǒng)的熵只能增大，或者不變， 絕不能減小，這一規(guī)律稱為孤立系統(tǒng) 熵增原理。無熱量交換無功量交換=：可逆過程：不可逆過程熱二律表達式之一為什么用孤立系統(tǒng)？孤立系統(tǒng) = 非孤立系統(tǒng) + 相關(guān)外界=：可逆過程：不可逆過程最常用的熱二律表達式作功能力損失RQ1Q2WR卡諾定理tR tIR 可逆T1T0IRWIRQ1Q2作