章热力学基本概念与基本定律详解.ppt

二、热力学第二定律及熵增原理 第一定律指出不同能量之间可以转化，没有揭示转化的方向和深度； 第二定律指出了一切自然过程的不可逆性。 表述： 说法一：克劳修斯说法（热量传递） “热不可能自发地、不付代价地从低温物体传向高温物体。” 说法二：开尔文—普朗克说法（热功转换） “只冷却一个热源而连续做功的循环发动机是造不成功的。” 上述两种说法是等价的，它证明了从古至今仍企图研制只有单一热源的热机——第二类永动机不会实现。 热力学第二定律本质 能量的转换是有方向性的，功变热，高温向低温传热皆可自发地等价进行，反之就必须提供附加条件，付出代价。 熵增原理 经历任意过程之后，孤立系统的熵只会增加（不等温传递为不可逆过程）或保持不变（等温下相互传热为可逆过程），但永远不会减少。 定量描述即熵增原理 孤立系统的熵增 如图所示，孤立系统（与外界无热与功及质量交换）：TATB。 B A 介质 绝热边界 由热源和传热介质组成的孤立系 高温热源失去热量，熵变为： 低温热源得到热量，熵变为： 工质只作为媒体传热： ∵TATB ∴dS0 TA=TB dS =0 热一律否定第一类永动机 热机的热效率最大能达到多少？ 又与哪些因素有关？ 热一律与热二律 ?t 100％不可能 热二律否定第二类永动机 ?t =100％不可能 三、卡诺循环 法国工程师卡诺 (S. Carnot)， 1824年提出 卡诺循环 既然 ?t =100％不可能 热机能达到的最高效率有多少？ 热二律奠基人 效率最高 1. 卡诺循环：由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程构成正向循环。 s1 s2 T s 1 2 0 3 4 T1 w0=q1-q2 T2 P v 1 2 0 3 4 可逆定温吸热 可逆定温放热 绝热膨胀做功 绝热压缩耗功 ②限定在温度区间 ③一个可逆循环 q2=T2△s q1=T1△s ①四个可逆过程组成 4-1绝热压缩过程，对内作功 1-2定温吸热过程， q1 = T1(s2-s1) 2-3绝热膨胀过程，对外作功 3-4定温放热过程， q2 = T2(s2-s1) 2.卡诺循环效率 ? ?t,c只取决于恒温热源T1和T2 而与工质的性质无关； 卡诺循环效率的说明 ? T1 ?t,c , T2 ?c ，温差越大，?t,c越高 ? 当T1=T2， ?t,c = 0, 单热源热机不可能 ? T1 = ? K, T2 = 0 K, ? ?t,c 100%， 热二律 三种卡诺循环 T0 T2 T1 制冷 制热 T s T1 T2 动力 四、卡诺定理— 热二律的推论之一 定理：在两个不同温度的恒温热源间工作的 所有热机，以可逆热机的热效率为最高。 卡诺提出：卡诺循环效率最高 即在恒温T1、T2下 结论正确，但推导过程是错误的 当时盛行“热质说” 1850年开尔文，1851年克劳修斯分别重新证明 卡诺定理推论一： 在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆热机，具有相同的热效率，且与工质的性质无关。 卡诺定理推论二： 在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆热机，其热效率总小于这两个热源间工作的可逆热机的效率。 卡诺定理小结 1、在两个不同 T 的恒温热源间工作的一切 可逆热机 ?tR = ?tC 2、多热源间工作的一切可逆热机 ?tR多 同温限间工作卡诺机 ?tC 3、不可逆热机?tIR 同热源间工作可逆热机?tR ?tIR ?tR= ?tC ∴ 在给定的温度界限间工作的一切热机， ?tC最高 热机极限 卡诺定理的意义 理想循环不能付诸实践，但在理论上确定了一定范围内热变功的最大限度，为实际循环的组成及热效率的提高指出了方向和路径。 第一章 热力学基本概念与基本定律 基础+支柱 热力学第一定律：能量转换中的数量关系（能量守恒） 热力学第二定律：指出能量转换的方向 §1.1热力学基本概念 一.工质、热源、热力系统 热机 凡是能将热能转换为机械能的机器统称为热力发动机，简称热机。例如蒸汽机、蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发动机 工质 热能和机械能之间的转换是通过一种媒介物质在热机中的一系列状态变化过程来实现的，这种媒介物质称为工质。 具有良好的流动性和膨胀性。 热源 把热容量很大且在吸收或放出有限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显改变的物体称为热源。 唯一作用：吸收或供给系统内工质热量。 高温热源：向系统提供能量 低温