第三章熱力學第二定律第一節

熱力過程的方向性溫差傳熱過程√×2.自由膨脹

氣體自由膨脹

√×1.溫差傳熱一、熱力過程的方向性

工程熱力學Thermodynamics3.摩擦生熱√×4.電容－電感電路電容－電感電路√×二、熱力學第二定律的任務研究熱力過程的方向性，以及由此而引起的非自發過程的補償和補償限度是熱力學第二定律的任務。工程熱力學Thermodynamics第二節熱力學第二定律的表述克勞修斯的說法：不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。開爾文的說法：不可能從單一熱源取熱使之完全變為功而不引起其他變化。其他說法，如：

第二類永動機是造不成的。一、

熱力學第二定律的各種表述工程熱力學Thermodynamics二、熱力學第二定律各種表述的等效性等效性證明：假設開爾文說法成立，克勞休斯說法不成立。工程熱力學Thermodynamics克勞修斯的說法：不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。開爾文的說法：不可能從單一熱源取熱使之完全變為功而不引起其他變化。二、熱力學第二定律各種表述的等效性熱源：失去

冷源：失去

總效果：從單一熱源吸熱全部轉變為功

外界：得到

等效性證明工程熱力學Thermodynamics等效性證明：假設開爾文說法成立，克勞休斯說法不成立。工程熱力學Thermodynamics克勞修斯的說法：不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。開爾文的說法：不可能從單一熱源取熱使之完全變為功而不引起其他變化。

總效果：從單一熱源吸熱全部轉變為功

第三節卡諾循環和卡諾定理一、卡諾循環卡諾循環由兩個定溫和兩個絕熱可逆過程組成，如右圖。1、卡諾循環的組成2、卡諾循環的熱效率工程熱力學ThermodynamicsTH：高溫熱源溫度/K;TL：低溫熱源溫度/K;二、概括性卡諾循環

1、組成

（理想氣體）兩個定溫+吸熱和放熱變化率相同的過程+回熱

2、熱效率工程熱力學Thermodynamics三、卡諾定理定理1：

假設且

由，得

反證法證明定理1

定理2：工程熱力學Thermodynamics令B機逆轉成為一制冷機，使A、B構成一聯合熱機：

熱源：得到

外界：得到

冷源：失去

違反熱力學第二定律的克勞修斯的說法,不可能。

同理：不可能

只有

工程熱力學Thermodynamics四、卡諾循環卡諾定理的意義1、

2、，應盡量減少不可逆

3、

不可能，不可能；

4、5、

熱量有效能（熱火用）：熱量無效能（熱火無）：

工程熱力學Thermodynamics五、變溫熱源（多熱源）的可逆循環

定義：

所謂平均吸熱溫度(或平均放熱溫度)是工質在變溫吸熱(或放熱)過程中溫度變化的積分平均值。吸熱量：同理，平均放熱溫度：熱效率：平均吸熱溫度：工程熱力學Thermodynamics第四節狀態參數熵考慮到Q

的正、負號

微元可逆循環a-b-c-d-a

整個可逆循環1-A-2-B-1

工程熱力學Thermodynamics整個可逆循環1-A-2-B-1

即：

或

工程熱力學Thermodynamicsef熵一.克勞修斯不等式

考慮到Q

的正、負號

微元不可逆循環a-b-c-d-a

整個不可逆循環1-A-2-B-1

第五節克勞修斯不等式和不可逆過程的熵變工程熱力學Thermodynamics即：

整個不可逆循環1-A-2-B-1

工程熱力學Thermodynamics克勞修斯不等式

熱力學第二定律的數學表達式之一

解：（1）作熱機時（2）作制冷機時，按題設工作參數有例1：某熱機從TH=1000K的熱源吸熱2000kJ，向TL=300K的冷源放熱810kJ。（1）此循環滿足克勞修斯不等式嗎？是可逆循環還是不可逆循環？（2）若將此熱機作制冷機用，從的冷熱源吸熱時，是否可能向的熱源放熱？

工程熱力學Thermodynamics可行、不可逆不可行二、不可逆過程的熵變

對于不可逆過程1-A-2,構成循環1-A-2-B-1：

工程熱力學Thermodynamics微元過程：

或

熱力學第二定律的數學表達式之一工程熱力學Thermodynamics三、熵流和熵產

熵流

熵產

工程熱力學Thermodynamics第六節熵增原理

一、孤立系的熵增原理

孤立系：

孤立系的熵增原理：孤立系統的熵可以增大或保持不變，但不可能減少。

工程熱力學Thermodynamics熱力學第二定律的數學表達式之一熵增原理的應用：

工程熱力學Thermodynamics解

（1）工程熱力學Thermodynamics例1：某熱機從TH=1000K的熱源吸熱2000kJ，向TL=300K的冷源放熱810kJ。（1）此循環可行嗎？是可逆循環還是不可逆循環？（2）若將此熱機作制冷機用，從TL=300K冷熱源吸熱810kJ時，是否可能向TH=1000K的熱源放熱2000kJ？

（2）工程熱力學Thermodynamics例3

設兩恒溫物體A和B，溫度分別為1500K和500K。試根據熵增原理計算分析下面兩種情況是否可行？若可行是否可逆？（1）B向A傳遞熱量1000kJ;（2）A向B傳遞熱量1000kJ

解

（1）工程熱力學Thermodynamics（2）同理，對于A放出熱量和B得到熱量的情況，有工程熱力學Thermodynamics例4

將0.5kg溫度為1200℃的碳鋼放入盛有4kg溫度為20℃的水的絕熱容器中，最后達到熱平衡。試求此過程中不可逆引起的熵產。碳鋼和水的比熱容分別為

和

解

首先求平衡溫度

工程熱力學Thermodynamics

水的熵變碳鋼的熵變水和碳鋼所構成的孤立系的總熵增，即該過程的熵產工程熱力學Thermodynamics二、絕熱系（控制質量）的熵增原理絕熱系：

應用：

閉口系：

穩定流動系：

工程熱力學Thermodynamics解

:根據絕熱過程的判據來確定。（1）已知例5

初態為0.1MPa、15℃的空氣在壓縮機中被絕熱壓縮到0.5MPa,終溫為（1）150℃、（2）217℃，問過程是否可行？是否可逆？設空氣的氣體常數，比熱容。理想氣體比熵計算公式為:

工程熱力學Thermodynamics（2）已知工程熱力學Thermodynamics第七節熱量有效能與有效能損失變溫：

一、熱量有效能（熱火用）

熱量有效能（熱火用）：

熱量無效能（熱火無）：

工程熱力學Thermodynamics2、有效能損失

工程熱力學Thermodynamics可逆不可逆孤立系A+B：

工程熱力學Thermodynamics第八節能量的品質與能量貶值原理

一能量的品質2能量貶值原理

能量貶值原理：在孤立系統的能量傳遞與轉換過程中，能量的數量保持不變，但能量的品質卻只能下降，不能升高，極限條件下保持不變。以轉變為有用功的能力為判據：低品味能量高品味能量

熱能（量）機械能（功量）

低溫熱能高溫熱能

工程熱力學Thermodynamics第九節熵的宏觀物理意義探討

從微觀上講從宏觀上講熵的宏觀物理意義：系統熵的變化是系統無效能變化的度量。

工程熱力學Thermodynamicsk：玻爾茲曼常數；W：熱力學維態的幾率。工程熱力學Thermodynamics本章小結

Ⅰ.基本要求一、深刻領會熱力學第二定律的實質，認識到能量不但有“量”的多少，而且有“質”的高低；二、掌握熱力學第二定律的說法、卡諾循環和定理；三、掌握狀態參數熵，理解克勞修斯不等式；四、熟練掌握和應用熵增原理，進行熵產及能量損耗的計算。Ⅱ.基本知識點一、熱力過程的方向性與熱力學第二定律的表述1.熱力過程的方向性2.熱力學第二定律的表述二、卡諾循環和卡諾定理1.卡諾循環的組成和熱效率2.卡諾定理定理1定理23、卡諾循環和卡諾定理的意義工程熱力學Thermodynamics三、狀態參數熵和克勞修斯不等式1.狀態參數熵2.克勞修斯不等式四、熵產和熵增原理1.不可逆過程的熵變、熵流、熵產熱力學第二定律的數學表達式之一熱力學第二定律的數學表達式之一工程熱力學Thermodynamics3.