1、第五章 熱力學第二定律本章知識點理解熱力學第二定律的實質，卡諾循環，卡諾定理，孤立系統熵增原理，深刻理解熵的定義式及其物理意義。熟練應用熵方程，計算任意過程熵的變化，以及作功能力損失的計算，了解火用、火無 的概念。本章重點（1）l深入理解熱力學第二定律的實質，它的必要性。它揭示的是什么樣的規律；它的作用。2深入理解熵參數。為什么要引入熵。是在什么基礎上引出的。怎樣引出的。它有什么特點。3系統熵變的構成，熵產的意義，熟練地掌握熵變的計算方法。本章重點（2）4深入理解熵增原理,并掌握其應用。5深入理解能量的可用性，掌握作功能力損失的計算方法能量之間數量的關系熱力學第一定律能量守恒與轉換定律所有滿足

2、能量守恒與轉換定律的過程是否都能自發進行自發過程的方向性自發過程：不需要任何外界作用而自動進 行的過程。自然界自發過程都具有方向性 熱量由高溫物體傳向低溫物體 摩擦生熱 水自動地由高處向低處流動 電流自動地由高電勢流向低電勢自發過程的方向性功量自發過程具有方向性、條件、限度摩擦生熱熱量100%熱量發電廠功量40%放熱 熱力學第二定律的實質能不能找出共同的規律性?能不能找到一個判據? 自然界過程的方向性表現在不同的方面熱力學第二定律5-1 第二定律的表述與實質 熱功轉換 傳 熱 熱二律的表述有 60-70 種 1851年 開爾文普朗克表述 熱功轉換的角度 1850年 克勞修斯表述 熱量傳遞的角度

3、開爾文普朗克表述 不可能從單一熱源取熱，并使之完全轉變為有用功而不產生其它影響。 熱機不可能將從熱源吸收的熱量全部轉變為有用功，而必須將某一部分傳給冷源。理想氣體 T 過程 q = w冷熱源:容量無限大，取、放熱其溫度不變 理想氣體 T 過程q = wT s p v 1 2 熱機：連續作功 構成循環1 2 有吸熱，有放熱但違反了熱力學第二定律熱二律與第二類永動機第二類永動機：設想的從單一熱源取熱并使之完全變為功的熱機。這類永動機并不違反熱力 學第一定律第二類永動機是不可能制造成功的環境是個大熱源第二類永動機? 如果三峽水電站用降溫法發電，使水溫降低5C，發電能力可提高11.7倍。設水位差為18

4、0米重力勢能轉化為電能：mkg水降低5C放熱：克勞修斯表述 不可能將熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其它變化。 熱量不可能自發地、不付代價地從低溫物體傳至高溫物體。空調,制冷代價：耗功兩種表述的關系開爾文普朗克表述 完全等效!克勞修斯表述：違反一種表述,必違反另一種表述!5-2 卡諾循環與卡諾定理法國工程師卡諾 (S. Carnot)，1824年提出卡諾循環既然t =100不可能熱機能達到的最高效率有多少？熱二律奠基人效率最高S. 卡諾 Nicolas Leonard Sadi Carnot（1796-1832）法國卡諾循環和卡諾定理,熱二律奠基人卡諾循環 理想可逆熱機循環卡諾循環示意圖4-1

5、絕熱壓縮過程，對內作功1-2定溫吸熱過程， q1 = T1(s2-s1)2-3絕熱膨脹過程，對外作功3-4定溫放熱過程， q2 = T2(s2-s1)卡諾循環熱機效率卡諾循環熱機效率T1T2Rcq1q2w t,c只取決于恒溫熱源T1和T2 而與工質的性質無關；卡諾循環熱機效率的說明 T1 t,c , T2 c ，溫差越大，t,c越高 當T1=T2， t,c = 0, 單熱源熱機不可能 T1 = K, T2 = 0 K, t,c tR2 tR2 tR1 WR2 只有： tR1 = tR2 tR1 = tR2= tC與工質無關卡諾定理表達二 在兩個不同溫度的恒溫熱源間的任何不可逆循環，其熱效率總小

6、于這兩個熱源間的可逆循環的效率。T1T2IRRQ1Q1Q2Q2W0 已證： tIR tR 只要證明 tIR = tR 反證法,假定：tIR = tR W0 = Q1 - Q2 = Q1 - Q2 工質循環、冷熱源均恢復原狀，外界無痕跡，只有可逆才行，與原假定矛盾。 Q1- Q1 = Q2 - Q2= 0 WRW0 W0 / Q1 = W0 / Q1 卡諾定理小結1、在兩個不同 T 的恒溫熱源間工作的一切 可逆熱機 tR = tC 2、不可逆熱機tIR 同熱源間工作可逆熱機tR tIR tR= tC 在給定的溫度界限間工作的一切熱機， tC最高 熱機極限 卡諾定理的意義 從理論上確定了通過熱機循

7、環實現熱能轉變為機械能的條件，指出了提高熱機熱效率的方向，是研究熱機性能不可缺少的準繩。 對熱力學第二定律的建立具有重大意義?？ㄖZ定理舉例 A 熱機是否能實現1000 K300 KA2000 kJ800 kJ1200 kJ可能 如果：W=1500 kJ1500 kJ不可能500 kJ5-3 狀態參數熵及熵方程熱二律推論之一 卡諾定理給出熱機的最高理想熱二律推論之二 克勞修斯不等式反映方向性 定義熵熱二律推論之三 熵反映方向性克勞修斯不等式克勞修斯不等式的研究對象是循環 方向性的判據正循環逆循環可逆循環不可逆循環 克勞修斯不等式的推導微元可逆循環：熵的導出定義：熵于19世紀中葉克勞修斯(R.Cl

8、ausius)首先引入，式中S從1865年起稱為entropy，由清華劉仙洲教授譯成為“熵”。小知識克勞修斯不等式可逆過程， ， 代表某一狀態函數。=0 ,可逆循環 不可逆S與傳熱量的關系= 可逆不可逆：不可逆過程定義熵產：純粹由不可逆因素引起結論：熵產是過程不可逆性大小的度量。熵流：永遠熱二律表達式之一熵流、熵產和熵變任意不可逆過程可逆過程不可逆絕熱過程可逆絕熱過程不易求熵變的計算方法理想氣體僅可逆過程適用Ts1234任何過程 5-4 孤立系統熵增原理與做功能力損失孤立系統無質量交換結論：孤立系統的熵只能增大，或者不變， 絕不能減小，這一規律稱為孤立系統 熵增原理。無熱量交換無功量交換=：可逆過程：不可逆過程熱二律表達式之一閉口系開口系out(2)in(1)ScvQW穩定流動為什么用孤立系統？孤立系統 = 非孤立系統 + 相關外界=：可逆過程：不可逆過程最常用的熱二律表達式作功