熱力學(xué)課件4章 熱力學(xué)第二定律

熱力學(xué)課件4章熱力學(xué)第二定律6-2-1Kelvin-Planck表述(1)熱庫

當一個熱力系的熱容量極大以至于吸、放熱不會使物體的溫度發(fā)生改變，這種熱力系就被稱為熱庫(2)熱機

吸收熱量并將其一部分轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C械6-2熱力學(xué)第二定律的表述

高溫熱源熱沉熱機QinQout熱庫熱庫Wnet能節(jié)省Qout?熱效率=熱機輸出凈功/熱機吸熱(3)制冷機與熱泵高溫熱庫底溫熱庫制冷機WQLQH(3)Kelvin-Planck表述

It’sImpossibleforanydevicethatoperatesonacycletoreceiveheatfromasinglereservoirandproduceanetamountofwork6-2-2Clausuis表述

Itisimpossibletoconstructadevicethatoperatesinacycleandproducesnoeffectotherthanthetransferofheatfromalowertemperaturebodytoahighertemperature

6-2-3兩種表述的對等性

若違背Kelvin-Planck表述:那么就可以制造出效率100%的熱機

低溫熱庫高溫熱庫熱機QHW=QH制冷機QH+QLQL=制冷機低溫熱庫高溫熱庫QLQL6-3卡諾（Carnot）循環(huán)在18世紀中葉……熱機的效率的極限是多少???6-3-1卡諾循環(huán)Carnot,(NicolasLeonard)Sadi

(1796-1832)法國軍事工程師和科學(xué)家。對熱力學(xué)有奠基性的貢獻

高溫熱庫低溫熱庫THTL(1)卡諾循環(huán)的構(gòu)建Ts1234q1q2

(2)效率

q1q2w因為1-4、2-3是絕熱過程6-3-2逆卡諾循環(huán)環(huán)境溫度THTLTsRefrigerator:對于制冷循環(huán)人們更關(guān)心機器從低溫熱庫提取出的熱量

-----q2q1q2wTHTLTsq1q2因此制冷機的性能指數(shù)(COPR)can可表達為：wCOPR

可以>,=or<1環(huán)境溫度THTLTs熱泵:對于熱泵人們更關(guān)心向高溫熱庫放的熱-----即

q1q1q2wTHTLTsq1q2熱泵的性能系數(shù)(COPHP)可表達為：wCOPHP

isalways>16-3-3卡諾定律

在兩個相同熱庫之間，可逆熱機的效率最高

兩個相同熱庫之間，所有可逆熱機的效率相同6-4克勞修斯不等式6-4-1克勞修斯積分式

對于單一卡諾循環(huán)即：考慮

δq1、

δq2符號，有：對于普通循環(huán):

可按照如下圖的辦法將它分解為無數(shù)個卡諾循環(huán)那么：將上述方程疊加起來6-4-2克勞修斯不等式

若不可逆累加式子(1)…..(n):這就是克勞修斯不等式，請注意克勞修斯不等式只適用于循環(huán)對于任意循環(huán)（包括可逆和不可逆循環(huán)）它在熱力學(xué)里被稱為熱溫商?？梢娧h(huán)的熱溫商是小于等于零的6-5熵6-5-1可逆過程的熵6-5-1.不可逆過程的熵變化對于不可逆過程1-b-2.添加一段可逆過程1-a-2形成循環(huán)因為過程1-a-2是可逆過程所以：顯然這時熵的變化大于

，即熱溫商的變化。6-5-3熵流和熵產(chǎn)ΔSg

是由于不可逆效應(yīng)產(chǎn)生的因此被稱為熵產(chǎn)因此，存在一數(shù)值大于零的熵ΔSg，使得：

熱溫商積分的這一項的變化是由于傳熱引起的，被稱為熵流

ΔSf

熵流可以大于、等于或小于零熵產(chǎn)只能大于或等于零

上述討論表明熵有二重特性：一方面熵通過熵流體現(xiàn)熱力系的傳熱特性；另一方面熵通過熵產(chǎn)展現(xiàn)出熱力系不逆效應(yīng)的大小；6-5-4可逆定溫過程的熵變化6-6孤立系熵增原理6-6-1.熵增原理

對于孤立系：

ΔSf

=0所以：

ΔSisolated=

ΔSg

>=0

6-6-2.溫差傳熱過程的熵增

系統(tǒng)環(huán)境邊界TsysTsurrQ6-6-3.

做功能力的損失TsT1T212’2絕熱過程ss’損失6-6-4.

宇宙的熵與熱寂假說HawkingStephen6-7熵的本質(zhì)6-7-1.波爾茲曼關(guān)系式

6-7-2.熵的定義

熵:衡量熱力系混亂或自由程度大小的物理量

熱是一種無序的能量，因此熱力系的吸熱或放熱就增加或減少了系統(tǒng)的無序性，這種效應(yīng)可以通過熵流來計算；熱力系內(nèi)部發(fā)生的耗散效應(yīng)引起了混亂程度的增加，這種效應(yīng)的大小體現(xiàn)在熵產(chǎn)；6-8

（exergy)6-8-1.

的定義

在某狀態(tài)下，系統(tǒng)由該狀態(tài)可逆地變化到與環(huán)境平衡的狀態(tài)時，理論上可轉(zhuǎn)化為凈有序能的那部分能量，稱為

，用E

表示（e單位化）6-8-2.熱量

ExQ對于具有某一溫度T的熱量Q，若此時環(huán)境溫度為Tsur，根據(jù)卡諾定律能夠轉(zhuǎn)化為功的部分為：Tsur這就是熱量6-8-3.冷量

ExQ0Q6-8-3.焓

ex根據(jù)熱力學(xué)第一定律：根據(jù)熵平衡方程，因可逆沒有熵產(chǎn)，則進、出熱力系的總熵等于零，即：現(xiàn)：將上列各式代入(1)式：忽略動能、勢能的變化：