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第四章 热力学第二定律 第一节 热力学第二定律的几种表述 第二节 卡诺循环和卡诺定理 第三节 热力学温标和 提高循环热效率的基本途径 第四节 克劳修斯不等式 第五节 状态参数—熵 第六节 熵增原理 第一节 热力学第二定律的几种表述 一、克劳修斯说法 “不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不产生其它变化。” 第二节 卡诺循环和卡诺定理 正卡诺循环热效率： 第四节 克劳修斯不等式 一、两热源间的循环 二、无穷多个热源间的循环 例4-1 某热机中工质先从T1’=1000K的热源吸热150kJ/kg，再从T1”=1500K的热源吸热450kJ/kg，向T2=500K的热源放热360kJ/kg，试判断该循环能否实现；是否为可逆循环？若令该热机做逆循环，能否实现？ 第五节 状态参数 — 熵 一、沿可逆过程的克劳修斯积分 二、沿不可逆过程的克劳修斯积分 三、熵流与熵产 四、熵的性质 例2 在压力为0.1013MPa时，用500K的恒温器把1kg、100 ?C的水加热成为100 ?C的水蒸汽，需要热量2257kJ/kg，试求这一过程中工质比熵流，比熵的变化量和比熵产。 对任意过程： * 基本要求： 1。深刻领会热力学第二定律的实质（两种说法）； 2。熟练掌握卡诺循环和卡诺定律； 3。掌握克劳修斯不等式； 4。掌握熵的概念、定义、计算和应用，熵增原理； 5。了解提高循环效率的基本途径、 二、开尔文说法 “不可能从单一热源吸取热量使之完全变成有用的功，而不产生其它的变化。” 一、卡诺循环 可逆循环：循环的各过程均为可逆过程，相应的热机 为可逆热机。 卡诺循环：两热源间的可逆循环，由定温吸热、绝热膨胀、定温放热、绝热压缩四个可逆过程组成。 p v 3 T1 1 2 q1 4 T2 q2 T s 1 2 3 4 T1为高温热源的温度，T2为低温热源（冷源）的温度 “在温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的一切可逆热机，其热效率相等，与工质的性质无关； 在温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的热机循环，以卡诺循环的热效率为最高。” 二、卡诺定理 三、提高循环热效率的基本途径 1.尽可能提高高温热源的温度T1 2.尽可能降低低温热源的温度T2 3.尽可能减少不可逆因素 q2取代数值 T为热源温度 “=”表示可逆，“”表示不可逆 （卡诺定理） v p b c d a e g f h 绝热线 任意可逆循环 q为代数量 p v c a b d 绝热线 不可逆循环 等号表示可逆，不等号表示不可逆 解 可以实现，不可逆 不能实现 v p 1 2 a c b 循环1a2c1 循环1a2b1 沿可逆过程的克劳修斯积分与路径无关，由初、终状态决定 ，这就引出了状态参数---熵的定义式。 熵 S 比熵 s 对于微元过程： 由于熵是状态参数，所以不论过程是否可逆，熵变只由初终状态决定。 对于微元过程： v p 2 1 b a 对于可逆过程取等号，对于不可逆过程取不等号。过程中二者差值愈大，过程偏离可逆过程愈远，过程的不可逆性也就愈大 。 沿任何过程（可逆或不可逆）的克劳修斯积分，称为“熵流”，用“?Sf”表示。 系统熵的变化量与熵流之差定义为熵产，用“?Sg”表示 熵流是由于系统与外界的发生热交换而引起的，其取值可正可负可为零， 而熵产是过程不可逆性的度量，可逆过程熵产为零，不可逆过程熵产大于零，任何过程的熵产不可能小于零。 1.熵是状态参数，是尺度量。 2.T-s（温-熵）图上可逆过程曲线下的面积等于过程热量。 T s 1 2 s1 s2 可逆过程 ds0 吸热 ds0 放热 ds=0 无热交换 可逆的绝热过程为等熵过程 3.熵产是过程不可逆性的度量。 解： 第六节 熵增原理 孤立系统和绝热系统： 孤立系统熵增原理： 在孤立系统和绝热系统中，如进行的过程是可逆过程，其系统总熵保持不变；如为不可逆过程，其熵增加；不论什么过程，其熵不可能减少。 孤立系统熵增原理是指孤立系统或绝热系统的总体熵是永远不会减小的，而孤立系统中的个别物体（子系统）的熵是可以增加、减小或不变的，与过程有关。 重要结论： 1. 熵产可作为过程不可逆性的度量。（孤立系统的熵增即为熵产） 2. 根据孤立系统熵的变化可判断过程进行的方向（可逆、不可逆、不能实现）。 3. 孤立系统的平衡条件为： * * * * *