03热力学第二定律.ppt

1、在第四章，热力学第二定律中，遵循热力学第一定律的热力学过程不一定会发生，因为涉及热现象的热力学过程是有方向的。热力学第二定律揭示了热力学过程的方向性。它澄清了不仅存在“数量”问题，而且存在“质量”问题。在能量传递和转化过程中，能量的“量”是守恒的，但“质”是不守恒的。热过程的方向性当高温物体与低温物体接触时，热量将从高温物体传递到低温物体。在相反的过程中，同样的热量从低温物体传递到高温物体。虽然它满足热力学第一定律，但它不能自动发生。否则，将会出现一种荒谬的现象，那就是在没有空调的夏天，用炉子从环境和人体中吸收热量，以获得冷却效果。自由膨胀过程。相反的过程，即在充满氮气的绝缘刚性容器中插入刚性

2、隔板，使隔板两侧分别形成压力较高和真空较高的氮气空间，但这不会自动发生。虽然可以分析，但它并不违反热力学第一定律。飞轮制动过程。旋转飞轮具有宏观动能和热力学能。制动后，飞轮停止转动，飞轮的宏观动能转化为飞轮的热力学能，不考虑制动盘的热力学能及其变化。相反，热力学能量的减少被用来增加飞轮的动能，但它不能自动发生。只要Q不大于Q，从b到a的热传递不违反第一定律。重物下降，水温上升，水温下降，重物上升？只要重量级的增加小于或等于水滴，内能减少，第一定律就不被违反。电流通过电阻器，产生热量，加热电阻器，并在电阻器中产生反向电流？只要电能不大于附加热能，就不违反第一定律。在由充电的电容器构成的电容-电感

3、电路中，电能将转化为热能。但是相反的过程不会自动发生。自动发生的过程称为自发过程。如果热力学过程发生，它必须遵循热力学第一定律，热力学第二定律决定热力学过程能否实现。一个非自发的过程必须付出一定的代价作为补偿。例如制冷。为了提高能源利用的经济性，人们一直在尽量减少补偿。热力学第二定律的任务是研究热力学过程的方向性及其引起的非自发过程的补偿和补偿极限。第二，热力学第二定律的表述，克劳修斯说，从低温物体向高温物体传热而不引起其他变化是不可能的。根据开尔文的说法，从一个单一的热源中获取热量，并在不引起其他变化的情况下将其完全转化为功是不可能的。这两个语句的关键是“不引起其他变化”。在制冷中，引起变化

4、的外部环境消耗功；恒温膨胀导致系统状态改变，气体压力降低。第二种永动机不能制造。不违反热力学第一定律而违反热力学第二定律的“第二类永动机”:将环境作为单一热源，使机器从中吸热并对外做功；由于环境中的能量是无穷无尽的，这样的机器可以永远工作。在前一个例子中，前两个是不可逆过程，即非准平衡过程。最后两个是具有耗散效应的不可逆过程。如果在热力学过程中没有不可逆因素，那么在热力学过程中就没有方向问题。例如，如果两个物体之间的传热温差趋于零，则传热中不存在方向性问题；如果能实现无摩擦、阻力、磁阻等耗散效应的准平衡过程，则过程中不会出现方向性问题。因此，热的方向性它由两个恒温和两个绝热可逆过程组成。其原因

5、是为了实现两个恒温热源之间的可逆循环，必须消除循环过程中的所有不可逆因素，包括内部不可逆性和外部不可逆性。因此，高温热源吸热和低温热源放热必须是恒温吸收过程和恒温释放过程，当工作介质温度在热源温度和冷源温度之间变化时，工作介质和有温差的热源之间不允许进行热交换，内部也没有散热作用，所以只能是可逆的绝热过程。以理想气体为工作介质的卡诺循环热耗率称为卡诺因子。卡诺循环除了卡诺循环之外，还有其他可逆循环，其中之一就是广义卡诺循环。为了使循环可逆，工作介质从高温热源到低温热源的吸热和放热仍然是恒温吸热和放热过程，工作介质和热源之间没有温差。当工质温度在热源温度和冷源温度之间变化时，它不再是一个可逆的绝

6、热过程，而是一个内部可逆的放热过程和吸热过程。同时，要求在放热过程中释放的热量和在吸热过程中吸收的热量在任何温度下相等，从而可以设置无限数量的蓄热式加热器，使得在放热过程中释放的热量和在吸热过程中吸收的热量可以在蓄热式加热器中进行，实现工作介质的等温热交换，而没有与热源不可逆的温差热传递，从而实现整个循环的可逆性。以理想气体为工质的广义卡诺循环的热效率与卡诺循环的热效率相同。在广义卡诺循环中，一个重要的措施是使用再生加热。所谓再生是指工作介质在再生器中的工作介质内部相互传递热量，即工作介质自身加热。再生热是提高循环能源经济性的重要措施。努力工作！广义卡诺循环，(2)卡诺定理，定理1:在同一高温

7、热源和同一低温热源之间工作的可逆热机具有相同的热效率，与工作介质无关。定理2:在同一高温热源和同一低温热源之间工作的可逆热机的热效率总是高于不可逆热机。下面用反证的方法证明定理1:对于可逆热机，分别从高温热源吸收热量，对外做功和向低温热源释放热量，那么它们的热效率分别为，如果，假设。由于和都是可逆热机，发动机现在是反向的。根据可逆过程的本质，机器反转的结果是工作介质从低温热源吸收热量，从外界输入功，再将热量释放到高温热源，成为冰箱。为了证明方便，假设冰箱所需的功由热机提供，从而形成联合操作机，如图所示。两台机器联合运行的结果是，当工作介质循环回到其初始状态时没有变化，当低温热源获得的热量抵消了

8、释放的热量时也没有变化，但只有高温热源释放热量并输出净功，这表明联合运行的机器是一台只有一个热源的热机，这违反了开尔文的热力学第二定律，因此不能实现。因此，如果假设不成立，第一个定理将被证明。两个恒温热源之间所有可逆循环的热效率相等，这与工质、热机形式和循环组成无关。结论：(1)两个恒温热源之间所有可逆循环的热效率相等，等于相同温度极限之间卡诺循环的热效率。它们的热效率只取决于温度为了实现连续的热能转换，必须有两个或两个以上不同温度的热源。(5)冷源温度的最低限值是大气温度。因此，热源释放的热量与温度的最大份额是卡诺因子的乘积，这被称为热有效能。如果用来表示，那么不能转化为机械功并释放到大气中

9、的热量称为无效热能。如果用(3)变温热源可逆循环的平均吸热温度和平均放热温度来表示，实际循环中热源的温度往往不是恒温，而是变化的。例如，锅炉中的烟气温度在炉膛、过热器和尾部烟道中是不同的。如图所示，研究变温热源的可逆循环。在这个循环中，高温热源的温度从h连续变化到，低温热源的温度从到连续变化。工作介质温度随时等于热源温度，进行无温差传热。它可以看作是一个可逆循环，由无限多的恒温热源和无限小的温差组成。平均吸热(放热)温度：工作介质在吸热(放热)过程中随温度变化的温度变化的积分平均值。当定性比较两个任意可逆循环的热效率时，只能通过比较两个循环的平均吸热温度和平均放热温度来判断。状态参数熵，用来描

10、述所有不可逆过程共同特征的热力学量是状态参数熵。这个状态参数是根据卡诺循环导出的。对于卡诺循环，也就是说，在考虑符号之后，对于图中所示的任何可逆循环，该循环被无数可逆绝热过程线分成无数无限小的循环。对于每一个无穷小循环，由于两个绝热可逆过程的线是无限接近的，所以可以认为它是由两个恒温过程和两个可逆绝热过程组成的无穷小卡诺循环。如果微元卡诺循环的热源和冷源的温度分别为和，循环中工质的吸热和放热分别为和，则根据高等数学，的积分与路径无关。它可以进一步解释如下：从积分性质来看，图示的积分，无论是通过1A2还是1 B2，只要是可逆过程，其积分值都是相等的，也就是说，积分与路径无关。因此，可以得出结论：

11、可逆过程的确定性是某一状态参数的适当微分，即熵，用表表示，它有五个方面：不可逆过程的熵变化、熵流和熵产生，用状态参数熵分析热力学过程的方向性和不可逆性。如图所示检查不可逆循环，其中虚线代表不可逆过程。这个循环被无数可逆的绝热过程线分成无限小的循环。对于每个不可逆的无穷小循环，对于每个可逆的无穷小循环，所有的无穷小循环都被积分和求和，也就是说，考虑到符号，所有的无穷小循环都被积分和求和。这就是著名的克劳修斯不等式，它可以作为热力学第二定律的数学表达式之一。也就是说，结合可逆增益，为了分析不可逆过程中熵的变化，图中所示的循环是不可逆过程、可逆过程和可逆循环，那么，也就是说，对于不可逆的微元过程，有一个定义叫做熵产生。不可逆过程中熵的变化由两部分组成：一部分是由与外界的热交换引起的，称为熵流，由下式表示；另一部分是不可逆因素引起的熵产。熵流可以大于零、小于零或等于零。熵产生只能大于或等于零。不可逆性越大，熵产生的价值就越大。熵产生是不可逆的度量。孤立系统的熵增原理孤立系统是一个与外界没有任何能量交换和物质交换的系统。E对于控制质量的绝热系统，对于稳定流系统，控制体积中各点的参数不随时间变化，熵作为状态参数的总变化为零，在绝热时间内也是如此。对于m kg的工作介质，在计算熵产时，通常需要将系统分成几个子系统。8.能量质量与能量贬值原理能量不仅有数量的问题，还有质