工程热力学详解课件

第五章热力学第二定律SecondLawofThermodynamics

热力学第一定律能量守恒与转换定律能量之间数量的关系所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能自发进行

自发过程的方向性自发过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程。l热量由高温物体传向低温物体l摩擦生热l水自动地由高处向低处流动l电流自动地由高电势流向低电势自然界自发过程都具有方向性

自发过程的方向性Spontaneousprocess摩擦生热热量热量功量功量100%发电厂40%放热自发过程具有方向性、条件、限度

热力学第二定律的实质自然界过程的方向性表现在不同的方面能不能找出共同的规律性?能不能找到一个判据?热力学第二定律

§5-1热力学第二定律热二律的表述有60-70种热功转换传热1851年1850年克劳修斯表述开尔文－普朗克表述热功转换的角度热量传递的角度

开尔文－普朗克表述Kelvin－PlanckStatement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。Itisimpossibleforanydevicethatoperatesonacycletoreceiveheatfromasinglereservoirandproduceanetamountofwork.

开尔文－普朗克表述Kelvin－PlanckStatement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。理想气体T过程q=w热机不可能将从热源吸收的热量全部转变为有用功，而必须将某一部分传给冷源。

perpetual-motionmachineofthesecondkind第二类永动机：设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第二类永动机是不可能制造成功的环境是个大热源

克劳修斯表述Clausiusstatement不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。Itisimpossibletoconstructadevicethatoperatesinacycleandproducesnoeffectotherthanthetransferofheatfromalower-temperaturebodytoahigher-temperaturebody.

克劳修斯表述Clausiusstatement不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。空调,制冷代价：耗功热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。

两种表述的关系开尔文－普朗克表述克劳修斯表述：完全等效!!!违反一种表述,必违反另一种表述!!!

证明1、违反开表述导致违反克表述反证法：假定违反开表述热机A从单热源吸热全部作功Q=WT1热源Q1’A1用热机A带动可逆制冷机B取绝对值Q1WABAQ’=W+Q’1A2Q’-Q’=W=QQ2’12A1Q’-Q=Q’1违反克表述12冷源TT12

证明2、违反克表述导致违反开表述反证法：假定违反克表述Q热量无偿从冷源送到热源2T1热源假定热机A从热源吸热Q1对外作功WAQ1Q2对冷源放热Q2W=Q-QAA1冷源无变化2WAQ2Q从热源吸收Q-Q全变成功WA212违反开表述冷源TT12

热二律的实质?自发过程都是具有方向性的?表述之间等价不是偶然，说明共同本质?若想逆向进行，必付出代价

热一律与热二律热一律否定第一类永动机?t100％不可能?t=100％不可能热二律否定第二类永动机热机的热效率最大能达到多少？又与哪些因素有关？

§5-2可逆循环分析及其热效率法国工程师卡诺(S.Carnot)，1824年提出卡诺循环热二律奠基人效率最高

一、卡诺循环—理想可逆热机循环卡诺循环示意图1-2定温吸热过程，q=T(s-s)11212-3绝热膨胀过程，对外作功3-4定温放热过程，q=T(s-s)22214-1绝热压缩过程，对内作功

卡诺循环热机效率CarnotefficiencyT1q1Rcw卡诺循环热机效率q2T2

卡诺循环热机效率的说明Constantheatreservoir??只取决于恒温热源T和Tt,c而与工质的性质无关；12?T?T?温差越大，?越高1t,c,2c，t,c?T=?K,T=0K,??100%，热二律12t,c?当T=T，?=0,单热源热机不可能12t,c

二、逆向卡诺循环T卡诺制热循环T0制冷T2T0s1s2sq1q2RcwT0?cT

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