Chap 4-2.ppt

1、热力学第一定律和第二定律从两个角度调节自然界中发生的所有过程：能量转换的数量和方向。热力学第一定律从能量转换的角度来衡量、限制和调节这个过程。但是，如果它不符合热力学第一定律，这个过程就必须实现，而且它还必须满足热力学第二定律的要求。也就是说，热力学第二定律从过程的方向性来限制和规定过程的进展。4.2热力学第二定律，能量转换的热点：能量转换过程中的定量守恒，热力学第一定律，能量转换有一定的条件和方向，不同的能量质量是不同的，所有的功都转化为热，热只能部分转化为功，热不能自动从低温物体转移到高温物体。克劳修斯的陈述(1950)，开尔文的陈述(1951)，即在没有其他改变的情况下，不可能将热量从低

2、温物体传递到高温物体，并且不可能制造一种机器，在循环运动中举起重物，同时通过热源冷却普朗克的陈述。第二种永动机是开尔文-普朗克声明不可能成功制造。孤立或绝热系统的熵只能增加或保持不变，但不可能减少。在所有工作在两种不同温度之间的热机中，任何热机都不可能比可逆热机有更高的效率。几个概念：热源是一个具有巨大热容量的系统。它既可以作为取热的热源，也可以作为吸热的散热器，无论是取热还是放热，它的温度都是恒定的，所以热源中的过程是可逆的。工作源是一个可以做或接收工作的设备。一种产生功并将热量从高温热源传递到低温热源的机械装置。将热转化为功的效率。1842年，年轻的法国工程师卡诺设计了一台热机。热机以理想

3、气体为工作介质，其工作过程由四个可逆过程组成，称为卡诺热机。(1)卡诺循环，A，C，D，B，4.2.1熵和熵增加原理，(1)熵定义，高温介质与高温热源接触，从状态A到状态B等温可逆地膨胀，过程(1)被工作介质从高温热源吸收，工作介质与低温热源接触，从状态C到状态D等温可逆地压缩对于整个循环，卡诺热机效率：4.2热机图，高温热源，热机，低温热源，Q1，它被许多方法所分割，(2)熵导出和绝热可逆线，并且由两条绝热线之间的等温可逆线连接(如右图所示)，因此形成许多小卡诺循环。这个任意可逆循环中包含的每个小卡诺循环都存在，并且任何可逆循环都被视为多个无线小卡诺循环。因此，从数学上讲，如果方程(1)沿着

4、某个可逆循环积分，有：根据积分定理，如果沿着闭合曲线的回路积分为零，积分变量应该是某个状态函数的全微分。克劳修斯将这一函数命名为熵，并将其定义为：熵，它描述了系统中分子无序热运动的状态函数，即(2)熵增原理，因此，在所有工作于两个等温热源T1和T2之间的热机中，可逆热机的效率最高。对于任何循环，都有：V，p，1，2，a，b，1a2不可逆，2b1可逆，可逆热温尚等于系统的熵变化，那么，对于不可逆的微观过程，都有：任何过程的熵变化与热温尚的关系，以及热力学第二定律的表达式，对于孤立系统。总熵变化的增加是能量味降低的结果。熵是一个状态函数，过程的熵变化与过程是否可逆无关。不管这个过程是否是自发的，实

5、际上可以进行的过程是总熵变化大于零的过程。熵增加原理：自发过程的不可逆过程只能在总熵增加的方向上进行，最终趋于平衡状态。熵增原理为我们提供了判断过程的方向和界限，但判断的依据是总熵的变化而不是系统的熵的变化。4.2.2熵产生和熵平衡，Sg称为熵产生，它是由过程的不可逆性引起的熵变化。只与过程是否可逆有关。热力学第一定律：能量守恒。数学表达式：能量守恒方程热力学第二定律：熵不守恒。数学表达式：熵增加的不等式，熵产生的本质：能量品味的降低和能量秩序的降低。积分公式：(2)熵平衡，SA是系统的累积熵变化，没有熵累积的系统的熵平衡，q，w，4-4开系统，而热q与熵变化有关；功w与熵变化无关，离开冷凝器

6、的是150饱和水。冷凝将热量传递到20摄氏度的大气中。试着找出这个凝结过程产生的熵。将冷凝器视为一个开放系统。根据热力学第一定律，根据附表3(水蒸气表)，我们可以找到并求解、150 H2O(水蒸气)、20个大气压、根据公式(433)和(434)，我们可以得到(a)，公式因为水蒸气在150的恒温下凝结，我们可以把它看作是150的恒温热源。如果有一个卡诺热机在这个热源和20的大气之间工作，那么从蒸汽冷凝中可以得到以下的卡诺功：然而，实际的过程并没有从蒸汽冷凝过程中提取卡诺功的这一部分，而是提取得越大。可以看出，传热过程中损失的功与传热温差有关。只有可逆传热，气流在绝热条件下相互混合，并计算混合过程

7、中的熵产。在上述相关温度范围内，空气的平均等压热容，两个气流的混合是一个绝热的稳定流动过程，在相关温度和压力下的空气可视为理想气体。从质量守恒原理，我们可以得到混合后的质量流量，混合器、图45。空气稳流混合过程，解，根据热力学第一定律，绝热混合过程Q=0，因此，第二章中引入的理想气体焓的计算公式被代入上述公式，混合后的空气温度可以在完成后得到。对于绝热稳流过程，它可以由公式434得到。从上述结果可以看出，对于绝热稳定流，虽然开放系统的熵变为零，并且没有熵流，但是由于混合过程是不可逆的，熵必须在内部产生，所以从混合器流出的物质的熵之和大于流入的物质的熵之和。4.3能量的质量和水平、能量、高级能量

8、、低级能量、冷冻态能量和能量味道减少了能量做功能力的损失。能源的退化意味着高品位的能源转化为低品位的能源，合理使用能源意味着预期做更多的工作，消耗更少的工作，损失更少的工作。节能：实质上，对于高级能量和低级能量，没有必要研究冻结能量，因为它不能转化为功。在理论上可以完全转化为工作。理论上，不能完全转化为工作。根本无法转化为工作。4.4理想功，损失功和热力学效率，4.4.1理想功，定义：在一定环境条件下，系统以完全可逆的方式从一种状态变化到另一种状态，从而产生(或消耗)的有用功。理想工作的产出是最大的工作，而理想工作的消耗是最小的。理想工作是一个理论极限，被用作实际工作的比较标准。这个过程是完全

9、可逆的：(1)系统中的所有变化都是可逆的。(2)有热时是可逆的根据热力学第一定律，当系统与环境(T0，p0)之间发生可逆传热时，稳流系统的轴向功是有用的功。当系统的动能和势能可以忽略不计时，理想功不同于可逆功，这与系统的稳态和环境条件有关。(b)25岁。解是，根据0冰的溶解焓变化数据可以计算0冰的和，25水的焓和熵值可以从表8中找到(忽略压力的影响)。当环境温度为25度(高于冰点)时，需要冰箱将水变成冰，理论上消耗的最小功为。当环境温度为-25(低于冰点)时，当环境温度低于冰点时为负值。当水变成冰时，不仅不会，而且从这个例子可以看出，理想功的值不仅与初始和最终状态有关，还与环境温度有关。4.4.2功的损失，系统在给定状态变化过程中所做的实际功与所提供的理想功之间的差异，定义，稳流系统，实际过程的功Wac是轴功Ws