第08章热力学第二定律课件.ppt

第八章 热力学第二定律 第一节 热力学第二定律表述 一、自发过程的方向性 自发过程：不需要任何外界作用而自动进 行的过程。 自发过程的特点：不可逆 功量 二、热二律的实质与表述 热功转换 传 热 开尔文－普朗克表述 不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。 热二律与第二类永动机 第二类永动机：设想的从单一热源取热并 使之完全变为功的热机。 克劳修斯表述 不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。 两种表述的关系 热一律与热二律 热一律否定第一类永动机 第二节 卡诺循环与卡诺定理 一、卡诺循环 — 理想可逆热机循环 卡诺循环热机效率 卡诺循环热机效率的说明 ? ?t,c只取决于恒温热源T1和T2 ,与工质无关； 逆卡诺循环——卡诺制冷循环 T0 ? c 逆卡诺循环 卡诺热泵循环 T1 ? ’ 三种卡诺循环比较 二、卡诺定理 定理：在两个不同温度的恒温热源间工作的 所有热机，可逆热机的热效率为最高。 二、卡诺定理 定理：在两个不同温度的恒温热源间工作的 所有热机，可逆热机的热效率为最高。 卡诺定理的意义 从理论上确定了通过热机循环 实现热能转变为机械能的条件，指 出了提高热机热效率的方向，是研 究热机性能不可缺少的准绳。 对热力学第二定律的建立具有 重大意义。 例8-1 卡诺定理应用举例 A 热机是否能实现 实际循环与卡诺循环 内燃机 t1=2000oC，t2=300oC 例8-2 利用以逆卡诺循环工作的热泵作为一住宅的采暖设备。已知室外环境温度为-10℃，为使住宅内温度保持20℃，每小时需供给kJ的热量。试求：（1）该热泵每小时从室外吸取的热量；（2）热泵所需功率；（3）若直接用电炉取暖，电炉的功率应为多少？ 一、熵的导出 一、熵的导出 一、熵的导出 一、熵的导出 熵的物理意义 二、克劳修斯积分不等式 研究对象：循环 克劳修斯积分不等式 克劳修斯不等式 = 可逆循环 不可逆循环 循环不可能 克劳修斯不等式总结 例8-3 克劳修斯不等式应用 A 热机是否能实现 第四节 不可逆过程熵的变化 ?S与Q的关系 = 可逆 不可逆 不可能 二、熵流和熵产 对于任意微元过程有： 熵流、熵产和熵变 熵变的计算方法1 熵变的计算方法2 熵变的计算方法3 熵变的计算方法4 熵的性质和计算 ? 不可逆过程的熵变可以在给定的初、终态之间任选一可逆过程进行计算。 第五节 孤立系统熵增原理 孤立系统组成 孤立系统熵增 二、孤立系熵增原理应用 1.传热过程 1.传热过程 2. 热转化为功的过程 2. 热转化为功的过程 2. 热转化为功的过程 3. 热功转化过程 例8-4 可逆与不可逆讨论 例8-4 可逆与不可逆讨论 二、作功能力的损失 作功能力损失 作功能力损失 例8-5 可逆与不可逆讨论 熵的表达式的联系 熵的判断题 问答题（1） 问答题（2） 问答题（3） 问答题（4） 复习思考题答案 8-1 自发过程就是不需要任何外界作用而自动进行的过程。反之，那些不能无条件进行的过程为非自发过程。非自发过程的进行必须付出某种代价。 8-2 克劳修斯表述：不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其他变化。 开尔文—普朗克表述：不可能从单一热源取热，并使之完全转变为功而不产生其他影响。 热力学第二定律的实质是能量贬值原理，它揭示了自然界中一切热力过程进行的方向、条件和限度。 复习思考题答案 8-3 不能。“不产生其他影响”是热力学第二定律不可缺少的部分。理想气体定温膨胀过程进行的结果，就是从单一热源取热并全部变成了功。但与此同时，气体的压力降低，体积增大，即气体的状态发生了变化，或者说“产生了其他影响”。 8-4 不确切，热量可以从低温物体传至高温物体，只不过要付出代价。如制冷机。 复习思考题答案 8-5 卡诺循环由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成。 8-6 卡诺循环的理论意义为指明了提高循环热效率的方向。 8-7 孤立系统的熵只能增大，或者不变，不能减小。熵增原理揭示了一切热力过程进行时所必须遵守的客观规律，是热力学第二定律的另一种数学表达式。 复习思考题答案 8-8 机械能的质量高。能量品质的高低，体现在它的转换能力上。机械能可以不付代价的完全转变为热能，而热能却不能无偿第转变为机械能。 讨论思考题答案 8-1 因为海水的温度就是环境温度，那样就会成为单一热源取热发电，违反热力学第二定律。 8-2 第二类永动机虽然不违法热力学第一定律，转变过程能量是守恒的，但却违反了热力学第二定律。 8-3 因为这些