热力学第二定律.ppt

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1、第四章热力学第二定律本章知识点理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无的概念。山西农业大学工程技术学院本章重点l．深入理解热力学第二定律的实质，它的必要性。它揭示的是什么样的规律；它的作用；2．掌握卡诺循环的构成及分析计算，并会用卡诺定理分析各类循环的特点；3．深入理解熵参数；4.深入理解熵增原理,并掌握其应用。山西农业大学工程技术学院能量之间数量的关系热力学第一定律能量守

2、恒与转换定律所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能自发进行山西农业大学工程技术学院一杯热水热量：水→空气（自发过程）将散失到空气中的热量自发地聚集起来，使水加热？运动的机械摩擦生热，功量→为热量（自发过程）将散失到空气中的热量自发地聚集起来，使机械重新运动？高压容器中的气体高压→低压（自发过程）让泄露到大气中的气体自发地重入容器，使容器恢复高压？功量→热量（无条件，100%），热量→功量（≠100%）过程的进行是有方向的、有条件的、有限度的。热力学第二定律的任务：判断进行的方向、条件、限度。山西农业大学

3、工程技术学院自发过程的方向性和不可逆性1、自发过程：不需任何外界作用而可以自动进行的过程。2、非自发过程：没有外界作用的情况下不能自动进行的过程。自然界的一切自发过程都是具有方向性和不可逆性的，热力过程总是朝着一个方向自发进行而不能自发地反向进行。非自发过程可以进行，但其进行必须以一定的补偿条件作为代价。山西农业大学工程技术学院自发过程的方向性热量由高温物体传向低温物体摩擦生热水自动地由高处向低处流动电流自动地由高电势流向低电势功量自发过程具有方向性、条件、限度摩擦生热热量100%热量发电厂功量45%放热

4、山西农业大学工程技术学院热力学第二定律的实质能不能找出共同的规律性?能不能找到一个判据?自然界过程的方向性表现在不同的方面热力学第二定律山西农业大学工程技术学院§4-1第二定律的表述与实质热功转换传热热二律的表述有60-70种1851年开尔文－普朗克表述热功转换的角度1850年克劳修斯表述热量传递的角度1.热力学第二定律的表述山西农业大学工程技术学院开尔文－普朗克表述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山西农业大学工程技术学院理想气体T过程q=wTspv12热

5、机：连续作功构成循环12有吸热，有放热山西农业大学工程技术学院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。冷热源:容量无限大，取、放热其温度不变山西农业大学工程技术学院但违反了热力学第二定律热二律与第二类永动机第二类永动机：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第二类永动机是不可能制造成功的环境是个大热源山西农业大学工程技术学院第二类永动机???如果三峡水电站用降温法发电，使水温降低5C，发电能力可提高11.7倍。设水位差为180米重力势

6、能转化为电能：mkg水降低5C放热：山西农业大学工程技术学院克劳修斯表述不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。空调，制冷代价：耗功山西农业大学工程技术学院两种表述的关系开尔文－普朗克表述完全等效!!!克劳修斯表述违反一种表述,必违反另一种表述!!!山西农业大学工程技术学院热力学第二定律的各种说法是一致的，若假设能违反一种表述,则可证明必然也违反另一种表述。假设机器A违反开尔文-普朗克说法能从高温热源取得热量q’1而把它全部转变为机械功w0，

7、即w0＝q’1，则可利用这些功来带动制冷机B，由低温热源取得热量q2而向高温热源放出热量q1。即A机：B机：由于有即低温热源给出热量q2，而高温热源得到了热量q2，此外没有其它的变化。这显然违反了克劳修斯说法。山西农业大学工程技术学院2.热力学第二定律的实质举例非自发传热自发传热高温物体低温物体热传导热功转换完全功不完全热无序有序自发非均匀、非平衡均匀、平衡自发山西农业大学工程技术学院实质：一切自发过程都是有方向性和不可逆性。自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。结论:无论有多少种不同的说法，

8、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。能量是有品质高低之分的。如：机械能的品质高于热能；高温热能的品质高于低温热能。山西农业大学工程技术学院热一律与热二律热一律否定第一类永动机t>100％不可能热二律否定第二类永动机t=100％不可能反映能量数量特性反映能量质量特性山西农业大学工程技术学院3.热过程的方向性和能量品质的变化能量的品位：反映能量的转换能力大小。能量不但的数量特性，也有质量特性；不