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Ch.5 热力学第二定律 本章将讨论: 1.热力学第二定律的实质及表述； 2.建立第二定律各种形式的数字表达式； 3. 给出过程能否实现的数学判据； 4.重点剖析作为过程不可逆程度的度量： a.孤立系统的熵增 b.不可逆过程的熵产 c.yong损失，wu增 5.1 热力学第二定律 一.自然过程的方向性 经验告诉我们，自然界发生的许多过程是有方向性的。例如： （1）热工转化 　　　 焦耳的功转换成热的试验，重物下降，搅动量热器中的水使水温升高，但不能让水自动冷却而产生动力把重物举起。即重物下降能使水温升高，但水温降低不能使重物上升 5.1 热力学第二定律 （2）有限温差传热 热可以自发地从高温物体传到低温物体，但却不能自发地从低温物体传到高温 （3）自由膨胀 　气体自发向真空膨胀，但却不能自发压缩，空出一个空间 （4）混合过程 　 ?两种气体可自发地混合，却不可自发地分离 5.1 热力学第二定律 二.热力学第二定律的表述 由于人们分析问题的出发点不同，所以“热二”有各种各样的说法，但无论有多少种不同的说法，它们都反映了客观事物的一个共同本质，即自然界的一切自发过程有方向性。　　　　 5.1 热力学第二定律 克劳修斯说法（1850）： 不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。 开尔文说法（1851）： 不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功，而不引起其它变化。 “克氏”是从传热的角度出发，“开氏”是从功热转换的角度出发。 5.1 热力学第二定律 5.2 可逆循环分析及其热效率 一.卡诺循环　　 卡诺循环是1824年法国青年工程师卡诺提出的一种理想的有重要理论意义的可逆热机的可逆循环，它是由四个可逆过程组成：一个可逆热机在二个恒温热源间工作。 5.2 可逆循环分析及其热效率 5.2 可逆循环分析及其热效率 5.2 可逆循环分析及其热效率 重要结论： （1） 效率 只取决于 ， 提高 和降低 都可以提高热效率 （2） 循环效率小于1 （3） 当 = 时 ， =0，所以借助单一热源连续做工的机器是制造不出来的。 5.2 可逆循环分析及其热效率 二. 概括性卡诺循环 5.2 可逆循环分析及其热效率 三.逆向卡诺循环 5.2 可逆循环分析及其热效率 5.2 可逆循环分析及其热效率 5.3 卡诺定理 定理一. 在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质也无关。 定理二. 在温度同为T1的热源和温度同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环 ，其热效率必小于可逆循环。　　　　　　　 5.3 卡诺定理 5.3 卡诺定理 结论： 　?在同样的两个温度不同的热源间工作的热机，以可逆热机热效率最大，不可逆热机的热效率小于可逆热机,它指出了在两个温度不同的热源间工作的热机热效率的最高极限值。  5.4 熵参数，热过程方向的判据一、状态参数熵的导出 5.4 熵参数，热过程方向的判据 5.4 熵参数，热过程方向的判据 5.4 熵参数，热过程方向的判据 5.4 熵参数，热过程方向的判据 二.热力学第二定律的数学表达式 （1）克劳修斯积分不等式 5.4 熵参数，热过程方向的判据 二.热力学第二定律的数学表达式 5.4 熵参数，热过程方向的判据 二、热力学第二定律的数学表达式 5.4 熵参数，热过程方向的判据 5.4 熵参数，热过程方向的判据 三、 不可逆绝热过程分析 5.4 熵参数，热过程方向的判据 可逆绝热过程，有： 5.4 熵参数，热过程方向的判据 如图：闭口系统，终压相同，不可逆过程存在功损失，其膨胀功W，小于不可逆时的Ws,因而： 5.4 熵参数，热过程方向的判据 对于理想气体，有： 5.4 熵参数，热过程方向的判据 熵增大原因： 主要是由于耗散作用(dissipation) 5.4 熵参数，热过程方向的判据 四、相对熵及熵变量计算 热力学温度0K时，纯物质的熵为零。 通常只需确定熵的变化量： 5.5 熵增原理 一、孤立系统熵增原理 5.5 熵增原理 二.熵增原理的实质 5.5 熵增原理 1、在任意不可逆过程中，熵的变化量大于该过程中加入系统的热量除以热源温度所得的熵。这样结合可逆过程和不可逆过程,即任意过程的熵变可表示为： 5.5 熵增原理 2、如果某