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1第五章热力学第二定律Thesecondlawofthermodynamics5-1热力学第二定律5-2卡诺循环和卡诺定理5–3熵和热力学第二定律的数学表达式5–4熵方程与孤立系统熵增原理5-5系统的作功能力(火用)及熵产与作功能力损失5-6火用平衡方程及火用损失25–1热力学第二定律一、自发过程的方向性只要Q'不大于Q,并不违反第一定律QQ'?3重物下落,水温升高;水温下降,重物升高?只要重物位能增加小于等于水降内能减少,不违反第一定律。电流通过电阻,产生热量对电阻加热,电阻内产生反向电流?只要电能不大于加入热能,不违反第一定律。4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。能量转换方向性的实质是能质有差异无限可转换能—机械能,电能部分可转换能—热能0TT不可转换能—环境介质的热力学能5能质降低的过程可自发进行,反之需一定条件—补偿过程,其总效果是总体能质降低。12netqqw代价12TT2q21TT2qnet12wqq代价6二、第二定律的两种典型表述1.克劳修斯叙述——热量不可能自发地不花代价地从低温物体传向高温物体。2.开尔文-普朗克叙述——不可能制造循环热机,只从一个热源吸热,将之全部转化为功,而不在外界留下任何影响。3.第二定律各种表述的等效性T1失去Q1–Q2T2无得失热机净输出功Wnet=Q1–Q27三.关于第二类永动机理想气体可逆等温膨胀TtQWW环境一个热源?吸收热量全部转变成功?例例A34415585–2卡诺循环和卡诺定理一、卡诺循环及其热效率1.卡诺循环21绝热压缩是两个热源的可逆循环32等温吸热43绝热膨胀14等温放热92.卡诺循环热效率nett1wqnet122334411g1212111RTpwp??323g22lnvwRTv10241L14qqqTss放HL23LcH23H1TTsTTsT123H32qqqTss吸net12qqqHL23netTTsw11讨论:cHL,fTT2)LH0,TT3)LHc,0TT若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。5)卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向。LcH1TT1)cnet1wqHL,TTc1即循环净功小于吸热量,必有放热q2。12二、逆向卡诺循环制冷系数:cccnet0cqqwqqc23c0c230cTsTTTsTT1c可大于,小于,或等于Tc↑T-Tc↓↑c13供暖系数:'11cnet12qqwqqR41RR041R0TsTTTsTTc'1TR↓TR-T0↓↑c'14三、概括性卡诺循环1.回热和极限回热2L1212qmnTs面积net122t1111wqqqqqq2.概括性卡诺循环及其热效率1H34343qopTs面积L12LH34H11TsTTsTc15四、卡诺定理定理1:在相同温度的高温热源和相同的低温热源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,与采用哪种工质也无关。定理2:在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源间工作的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆循环热效率。理论意义:1)提高热机效率的途径:可逆、提高T1,降低T2;2)提高热机效率的极限。例A44015516五、多热源可逆循环1.平均吸(放)热温度2m211dqTsTss注意:1)Tm仅在可逆过程中有意义12m2TTT2.多热源可逆循环2t112111121qBmnqAmn面积面积21m21dTsTssmLLmHH111TTqrmnqopmnoTT面积面积2)17循环热效率归纳:net2t111wqqqmm1TT放吸LH1TT讨论:热效率适用于一切工质,任意循环适用于多热源可逆循环,任意工质适用于卡诺循环,概括性卡诺循环,任意工质
本文标题:卡诺定理-1
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