热力学第二定律9-孤立系统熵增原理、熵方程及讨论.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 工程热力学 工程热力学 工程热力学 工程热力学 工程热力学 工程热力学 熵Entropy 热二律推论之一 卡诺定理给出热机的最高理想 热二律推论之二 克劳修斯不等式反映方向性 热二律推论之三 熵反映方向性 孤立系统熵增原理 孤立系统 无质量交换 结论：孤立系统的熵只能增大，或者不变， 绝不能减小，这一规律称为孤立系统 熵增原理。 无热量交换 无功量交换 =：可逆过程 ：不可逆过程 热二律表达式之一 Increase of entropy principle The entropy of an isolated system during a process always increase or, in the limiting case of a reversible process, remains constant. 孤立系统熵增原理：孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。 为什么用孤立系统？ 孤立系统 = 非孤立系统 + 相关外界 =：可逆过程 reversible ：不可逆过程 irreversible ：不可能过程 impossible 最常用的热二律表达式 孤立系熵增原理举例(1) 传热方向(T1T2) Q T2 T1 用 用 用 没有循环 不好用 不知道 用克劳修斯不等式 孤立系熵增原理举例(1) Q T2 T1 取热源T1和T2为孤立系 当T1T2 可自发传热 当T1T2 不能传热 当T1=T2 可逆传热 孤立系熵增原理举例(1) Q T2 T1 取热源T1和T2为孤立系 S T T1 T2 孤立系熵增原理举例(2) 两恒温热源间工作的可逆热机 Q2 T2 T1 R W Q1 功源 孤立系熵增原理举例(2) Q2 T2 T1 R W Q1 功源 S T T1 T2 两恒温热源间工作的可逆热机 孤立系熵增原理举例(3) T1 T2 R Q1 Q2 W 假定 Q1=Q1’ ，?tIR ?tR，W’W ∵可逆时 IR W’ Q1’ Q2’ 两恒温热源间工作的不可逆热机 孤立系熵增原理举例(3) T1 T2 IR W’ Q1’ Q2’ 两恒温热源间工作的不可逆热机 S T T1 T2 R Q1 Q2 W 孤立系熵增原理举例(4) 功?热是不可逆过程 T1 W Q 功源 单热源取热?功是不可能的 孤立系熵增原理举例(5) Q2 T2 T0 W Q1 功源 冰箱制冷过程 若想 必须加入功W,使 作功能力损失 R Q1 Q2 WR 卡诺定理?tR ?tIR 可逆 T1 T0 IR WIR Q1’ Q2’ 作功能力:以环境为基准,系统可能作出的最大功 假定 Q1=Q1’ ， WR WIR 作功能力损失 作功能力损失 T1 T0 R Q1 Q2 W IR W’ Q1’ Q2’ 假定 Q1=Q1’ ， W R WIR 作功能力损失 熵方程 闭口系 开口系 out(2) in(1) Scv Q W 稳定流动 (一)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。 熵是状态参数，状态一定，熵有确定的值； ? 熵的变化只与初、终态有关，与过程的路 径无关 ? 熵是广延量 熵的讨论 (二) 熵的表达式的联系 ? 可逆过程传热的大小和方向 ? 不可逆程度的量度 作功能力损失 ? 孤立系 ? 过程进行的方向 ? 循环 克劳修斯不等式 熵的讨论 (三) 熵的问答题 ? 任何过程，熵只增不减 ? 若从某一初态经可逆与不可逆两条路径到 达同一终点，则不可逆途径的?S必大于可逆过程的?S ? 可逆循环?S为零，不可逆循环?S大于零 ╳ ╳ ╳ ? 不可逆过程?S永远大于可逆过程?S ╳ 熵的讨论 ? 若工质从同一初态，分别经可逆和不可逆过程，到达同一终态，已知两过程热源相同，问传热量是否相同？ 相同初终态，?s相同 =：可逆过程 ：不可逆过程 热源T相同 相同 熵的讨论 ? 若工质从同一初态出发，从相同热源吸收相同热量，问末态熵可逆与不可逆谁大？ 相同热量，热源T相同 =：可逆过程 ：不可逆过程 相同初态s1相同 熵的讨论 ? 理想气体绝热自由膨胀，熵变？ 典型的不可逆过程 A B 真空 熵的讨论 热二律解决的典型问题 1. 某循环或过程能否实现? 2. 某循环或过程的最大最小可能性 可逆时 ? 热二律的表述 ? 热二律的表达式 ? 熵 ? 孤立系熵增原理