[理学]第四章 热力学第二定律.ppt

第四章 热力学第二定律 4－2 卡诺循环与卡诺定理 1 热力循环 4－2 卡诺循环与卡诺定理 4－2 卡诺循环与卡诺定理 3．孤立系统熵增原理与作功能力损失 作业 4-1 4-3 4-6 （1）孤立系统熵增原理 上式表明：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。 对于孤立系统， 4-3 熵 孤立系统熵增原理说明，一切实际过程都一定朝着使孤立系统的熵增大的方向进行，任何使孤立系统的熵减小的过程都是不能发生的。 4-3 熵 孤立系统熵增原理揭示了一切热力过程进行时所必须遵循的客观规律，突出地反映了热力学第二定律的本质，是热力学第二定律的另一种数学表达式。 （2）作功能力的损失 作功能力：在给定的环境条件下，系统达到与环境热 力平衡时可能作出的最大有用功。 无论任何系统，只要经历不可逆过程，就将造成作功能力损失，就会使包含其在内的孤立系统的熵增加。 作功能力损失与孤立系统熵增的关系： 由卡诺定理可知， 4-3 熵 R Q1 Q2 WR T T0 IR WIR Q1’ Q2’ 假定 Q1=Q1’ ， WR WIR 作功能力损失 R Q1 Q2 WR T T0 IR WIR Q1’ Q2’ 4-3 熵 * Fundamentals of thermal engineering 热工基础 Fundamentals of thermal engineering 热工基础 1 自发过程的方向性 热力学第一定律是能量守恒与转换定律，即能量之间数量的关系。 思考：所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能自发进行？ 4－1 自发过程的方向性 与热力学第二定律的表述 自发过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程。 例：热量由高温物体传向低温物体； 摩擦生热；自由膨胀过程等。 4-1 自发过程的方向性 与热力学第二定律的表述 B向A传热并不违反第一定律? Q? Q ? 可以自动发生的过程称为自发过程。热力过程若要发生，必然遵循热力学第一定律，热力学第二定律决定着热力过程能否实现。 4-1 自发过程的方向性 与热力学第二定律的表述 一个非自发过程的进行必须付出某种代价作为补偿。如制冷。 为提高能量利用的经济性，人们一直在最大限度地减少补偿。 　 研究热力过程的方向性，以及由此而引起的非自发过程的补偿和补偿限度等问题是热力学第二定律的任务。 ②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。 4－1 自发过程的方向性 与热力学第二定律的表述 2 热力学第二定律的表述 ① 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。 第二类永动机是不可能制造成功的。 热二律的实质：自发过程都是具有方向性的 表述①与②之间等价 开尔文 Lord Kelvin 1824～1907 英国物理学家 发明家。 原名：William Thomson，10岁时就进格拉斯哥大学预科学习，1845年毕业于剑桥大学，1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学（物理学当时的别名）教授，任职达53年之久。1890～1895年任伦敦皇家学会会长。1877年被选为法国科学院院士。1904年任格拉斯哥大学校长， 开尔文研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了贡献。他一生发表论文多达600余篇，取得70种发明专利，他在当时科学界享有极高的名望，受到英国本国和欧美各国科学家、科学团体的推崇。他在热学、电磁学及它们的工程应用方面的研究最为出色。 马克斯·普朗克 (1858-1947) 德国物理学家 1874年至1877年，在慕尼黑大学学习物理学和数学。1879年转到柏林大学学习。1879年通过了博士论文，在论文中论述了热力学第二定律。1880年在慕尼黑大学担任物理讲师，1885年被基尔大学聘为理论物理特约教授。 普朗克是量子力学的创始人，在1918年获得诺贝尔物理学。量子力学的发展被认为是20世纪最重要的科学发展，其重要性可以同爱因斯坦的相对论相媲美。普朗克提出了黑体辐射定律并引入了普朗克常数。 鲁道夫·克劳修斯 （Rudolf Julius Emanuel Clausius） （1822-1888） 德国物理学家、数学家 　 1847年在哈雷大学主修数学和物理学的哲学博士学位。从1850年起，曾先后任柏林炮兵工程学院、苏黎世工业大学、维尔茨堡大学、波恩大学物理学教授。1855年任苏黎世工业大学教授，1867年任