第4章第二定律.ppt

第四章热力学第二定律与熵The Second Law of Thermodynamics and Entropy 4-1 热力学第二定律的实质与表述 自发过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程。 热量由高温物体传向低温物体 摩擦生热 水自动地由高处向低处流动 电流自动地由高电势流向低电势…... Spontaneous Changes Spontaneous changes are irreversible and CAN happen; non-spontaneous changes CANNOT happen. Spontaneous changes are those that are accompanied by an increase in disorder of matter or energy, or both. 二、热力学第二定律的表述 Clausius Statement of the Second Law 不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。 It is impossible to construct a device that operates in a cycle and produces no effect other than transfer of heat from a lower-temperature body to a higher-temperature body. 热量传递的特性：温差传热不可逆。 二、热力学第二定律的表述 Kelvin-Planck Statement of the Second Law 不可能从单一热源取热，并使之完全转变为功而不产生其它影响。 It is impossible for any device that operates on a cycle to receive heat from a single reservoir and produce a net work. 热功转换的特性：欲通过动力循环使热转化为功，至少要两个热源。 假定：T1T2 (a)设可违反Kelvin说法，热机A从单一热源取热，可全部转化为功，有： WA=Q1 令A拖动制冷机B，则 Q’1=WA+Q2=Q1+Q2 即 Q2=Q’1-Q1 相当于热量Q2自发地由低温热源（ T2 ）传到高温热源（ T1 ），这违法Clausius说法； (b)同理可证，违反Clausius说法必违反Kelvin说法。 第二类永动机 第二类永动机：假想的从单一热源取热并使之完全变为功的热机。 这类永动机并不违反热力学第一定律，但违反了热力学第二定律。 Kelvin-Planck 说法另一表述：第二类永动机是不可能制造成功的。 三、热力学第二定律的实质 2nd Law 揭示了能量传递与转换过程的方向、条件、限度。 在耗散结构中，能量转换是不可逆过程，只能朝着能量降阶（贬质）的方向进行； 势差的存在是能量自发传递的根本原因及必要条件，过程朝着消除势差的方向进行，势差消除过程终止。 4-2 卡诺循环与卡诺定理 Carnot Cycle and Carnot Principles 要使热能连续不断地转变为机械能，必须使膨胀后的工质经历某些过程再回复到原来的状态，使其重新具有作功的能力。 工质经过一系列的状态变化，重新回复到原来状态的全部过程称为热力循环。 热力学第二定律指出，热机的热效率不可能达到100％。热机的热效率最大能达到多少？又与哪些因素有关？ 一、卡诺循环(Carnot cycle) Carnot cycle 卡诺循环的效率和特点 热效率只取决于高温热源的温度与低温热源的温度，而与工质的性质无关； 卡诺循环的热效率总是小于1； 当T1=T2时，卡诺循环的热效率等于零。 Reversed Carnot Cycle Reversed Carnot Cycle 制冷系数： 二、卡诺定理(Carnot principles ) 定理一：在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率，与工质的性质无关。 如左图均为正向循环，且吸热均为Q1， 令R2反向循环，并由R1驱动，则运行总效果为 定理二：在相同高温热源和低温热源间工作的任何不可逆热机的热效率都小于可逆热机的热效率。 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。 对热力学第二定律的建立具有重大意义。 Summar