第五章热力学第二定律(讲课稿)讲述.ppt

第五章 热力学第二定律 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。 自发过程的方向性 功量 §5-1热力学第二律的表述与实质 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。 热力学第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 开尔文－普朗克 表述 热二律的实质 热一律与热二律 热一律否定第一类永动机 §5-2循环及热效率 热力循环 正循环 逆循环 热机工作原理及p-v图 制冷机工作原理及逆向循环p-v图 热 量 与 熵 热 量 如 何 表 达 ？ 热量与容积变化功 2、熵（ Entropy）的定义 ΔS＝S1－S2＝Cvln 熵的说明 3、示功图与示热图 §5－4可逆循环分析及其热效率 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 而与工质的性质无关； 1.卡诺逆循环?卡诺制冷循环 T0 ? c 2.卡诺逆循环?卡诺制热循环 T1 ? ’ 三种不同品质的能量 1、可无限转换的能量 例 题 例 题 例 题 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。 卡诺定理举例 A 热机是否能实现 实际循环与卡诺循环 内燃机 t1=2000oC，t2=300oC 热力学第二定律讨论 热力学第二定律表述(思考题1) “功可以全部转换为热,而热不能全部转换为功” 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。 第五章 完 习题五 1、某热机工作循环完成时，气体得到10kcal的热量，并在这时产生3200kgm的功，试问该循环的热效率等于多少？ 2、1kg空气从压力30ata、温度527℃膨胀到压力15ata，温度为427. ℃，试计算空气的熵的变化。（空气的定压比热Cp＝0.24kcal／kg ℃） 3、有一热机工作于600℃的高温热源及25℃的低温热源之间，试求该热机的卡诺循环效率？如高温热源放出热量200kal，试问产生循环功是多少？ 4、冬天用一热泵对房屋供暖。室外空气温度为－10℃，房间的热损失为50000kcal／h，问要使室外保持20 ℃，则带动该热泵所需要的最小功率是多少？ 5、有一台按逆向卡诺循环工作的热泵，冬季时向房间供暖，夏季向房内供冷，室内要求保持20 ℃，冬季时通过房间围护结构的热损失是在室内外温度每相差1 ℃每小时290kcal。试求（1）当冬季室外温度为0 ℃时，该热泵需要多大功率？（2）在夏季仍用上述功率使其按制冷机工作，问室外空气温度在什么极限情况下才能维持室内为20 ℃？ ? 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 （理想气体） T0 T2 制冷 T0 T2 Rc q1 q2 w T s s2 s1 T2 ?c 二、逆卡诺循环 T0 T1 制热 T s T1 T0 Rc q1 q2 w s2 s1 T0 ?’ 三种卡诺循环 T0 T2 T1 制冷 制热 T s T1 T2 动力 如：机械能、电能、水能、风能 理论上可以完全转换为功的能量 高级能量 2、不能转换的能量 理论上不能转换为功的能量 如：环境（大气、海洋） 3、可有限转换的能量 理论上不能完全转换为功的能量 低级能量 如：热能、焓、内能 （Ex） （An） （Ex+An） 有一卡诺热机,从T1热源吸热Q1,向T0环境放热Q2,对外作功W带动另一卡诺逆循环,从T2冷源吸热Q2’,向T0放热Q1’ T1 T2(T0) Q2’ W T0 Q1’ Q2 Q1 试证: 当T1T0 则 T1 T2(T0) Q2’ W T0 Q1’ Q2 Q1 试证: 当T1T0 解： T1 T2(T0) Q2’ W T0 Q1’ Q2 Q1 试证: 当T1T0 解