工程热力学课件：热力学第二定律.pptx

热力学第二定律;Thesecondlawofthermodynamics;这是热过程区别于其他物理过程的重要特征，也是热力学能成为一门独立学科的重要依据。;§5.1热力学第二定律;１、热—功转换的方向性;A物体;3、自由膨胀与压缩过程的方向性;;上述诸现象说明自然过程具有方向性，即只能自发地向一个方向进行，如果要逆向进行，就必须付出代价，或者说具备一定的补充条件，即自然过程是不可逆的。;可逆与不可逆过程;归纳：1）自发过程有方向性；

2）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是

要有附加条件；

3）并非所有不违反第一定律的过程均可进行。;能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件—

补偿过程，其总效果使总体能质降低。;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“热力学第二定律”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。

;1、克劳修斯说法（1850）：

热不可能自发地、不花代价地从低温物体传向高温物体。

不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。;表述的等价性;§5.2卡诺循环和多热源可逆循环分析;d——a：可逆绝热压缩;循环热效率：;利用绝热过程状态参数间的关系：;;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，循环净功小于循环吸热量，必须有放热过程；

（3）当=时，=0，所以借助单一热源连续做功的机器是制造不出来的，“第二类永动机不可能制成”。;4）实际循环不可能实现卡诺循环，原因：

a）一切过程不可逆；

b）气体实施等温吸热，等温放热困难；

c）气体卡诺循环wnet太小，若考虑摩擦，

输出净功极微。;b;双热源之间的极限回热循环，称为概括性卡诺循环。;三、逆卡诺循环?卡诺制冷循环;T1?’;三种卡诺循环;四、多热源的可逆循环;注意：1）Tm仅在可逆过程中有意义;循环热效率归纳：;问题：

1、在??定的两个热源之间所有可逆热机热效率是否相同？

2、可逆热机热效率是否与工质性质有关？

3、不可逆循环的热效率如何？;定理一：

在相同温度的高温热源(T1)和相同温度的低温热源(T2)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。;卡诺定理1证明—反证法：;所以：?A?B不成立。;卡诺定理2证明：;卡诺定理2证明：;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。

;可以说，对于任一在两恒温热源间工作的热机：;卡诺定理的意义;卡诺定理举例;实际循环与卡诺循环;§5.4熵、热力学第二定律的数学表达式

;对a-b-f-g-a微小可逆卡诺循环;对全部微元循环积分求和;Clausius根据可逆过程的热温商值决定于始终态而与可逆过程无关这一事实定义了“熵”（entropy）这个函数，用符号“S”表示，单位为：J·K-1;因为循环1-A-2-B-1是可逆的，故有：;因此可得：;讨论：

1）因证明中仅利用卡诺循环，故与工质性质无关；

2）因s是状态参数，故Δs12=s2-s1与过程无关；;二、热力学第二定律的数学表达式

1、克劳修斯积分不等式

;二、热力学第二定律的数学表达式

1、克劳修斯积分不等式

;这就是克劳修斯积分不等式。;;在1-2间作一不可逆过程1A2：

1-A-2-B-1为一不可逆循环,

应用克劳修斯积分不等式;或;所以;a);4）由克氏不等式;三、不可逆绝热过程的熵增;可逆绝热过程，有：

;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，小于可逆时的Ws,因而：;对于理想气体，有：;熵增大原因：

主要是由于耗散作用(dissipation);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：;即设计一组或一个初、终态与

不可逆过程相同的可逆过程，计

算该组