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第五章 热力学第二定律 自发过程：不需要任何外界作用而能够独立、无条件自动进行的过程。 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? 热二律的表述与实质 热功转换 传 热 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。 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。 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。 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。 两种表述的关系 开尔文－普朗克 表述 证明1、违反开表述导致违反克表述 证明2、违反克表述导致违反开表述 热二律的实质 热一律与热二律 热一律否定第一类永动机 §5-2 卡诺循环与多热源可逆循环分析 卡诺循环— 理想可逆热机循环 卡诺循环热效率 卡诺循环热机效率的说明 ? ?t,c只取决于恒温热源T1和T2 而与工质的性质无关； 逆向卡诺循环?卡诺制冷循环 T0 ? c 逆向卡诺循环?卡诺制热循环 T1 ? ’ 三种卡诺循环 例 题 §5-3 卡诺定理（热二律的推论之一） 定理：在两个不同温度的恒温热源间工作的 所有热机，可逆热机的热效率为最高。 开尔文的证明—反证法 克劳修斯的证明—反证法 假定：WIR=WR 卡诺定理推论一 在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆热机，具有相同的热效率，且与工质的性质无关。 卡诺定理推论二 在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆热机，其热效率总小于这两个热源间工作的可逆热机的效率。 多热源（变热源）可逆机 概括性卡诺热机 卡诺定理小结 1、在两个不同 T 的恒温热源间工作的一切 可逆热机 ?tR = ?tC 卡诺定理的意义 从理论上确定了通过热机循环 实现热能转变为机械能的条件，指 出了提高热机热效率的方向，是研 究热机性能不可缺少的准绳。 对热力学第二定律的建立具有 重大意义。 卡诺定理举例 A 热机是否能实现 实际循环与卡诺循环 内燃机 t1=2000oC，t2=300oC 作 业 5-1 5-3 5-4 §5-4 克劳修斯不等式 §5-4、 §5-5熵、 §5-6孤立系熵增原理 围绕方向性问题，不等式 克劳修斯不等式 克劳修斯不等式的研究对象是循环 方向性的判据 克劳修斯不等式的推导 （1）可逆循环 克劳修斯不等式的推导 （2）不可逆循环 克劳修斯不等式的推导 （1）可逆循环 克劳修斯不等式的推导 （2）不可逆循环 克劳修斯不等式推导总结 克劳修斯不等式 = 可逆循环 不可逆循环 不可能 克劳修斯不等式例题 A 热机是否能实现 §5-4 熵Entropy 熵的导出 = 可逆循环 不可逆循环 熵的物理意义 熵是状态量 不可逆过程?S与传热量的关系 = 可逆 不可逆 ?S与传热量的关系 = 可逆 不可逆 不可能 熵流和熵产 对于任意微元过程有： 熵流、熵产和熵变 熵的问答题 判断题（1） 判断题（2） 判断题（3） 熵变的计算方法 熵变的计算方法 熵变的计算方法 熵变的计算方法 § 5-6 孤立系统熵增原理 为什么用孤立系统？ 孤立系熵增原理举例(1) 孤立系熵增原理举例(2) 孤立系熵增原理举例(3) 孤立系熵增原理举例(4-5) 不可逆的深层含义 不可逆, 必然有熵产, 对应于作功能力损失 孤立系熵增与作功能力损失的关系 孤立系熵增的实质： §5-7 熵方程 熵的性质和计算 ? 不可逆过程的熵变可以在给定的初、终 态之间任选一可逆过程进行计算。 熵的表达式的联系 总结:热二律解决的典型问题 1. 某循环或过程能否实现? 可逆与不可逆讨论(例3) 可逆与不可逆讨论(例3) 可逆与不可逆讨论(例3) 可逆与不可逆讨论(例3)(2) 能量的可转换性, Ex和An 1、可无限转换的能量 热能本身也有质量差别: Ex与An Ex的定义 Ex ——作功能力 环境条件下，能量中可转换为有用功的最高份额 热量的Ex与An 1、恒温热源 T 所提供的 Q 热量的Ex与An 2、变温热源下的 Q 热量的Ex与An的说明 1、Q中最大可能转换为有用功的部分，就是ExQ 冷量的Ex与An T T0 的冷量Q2 ,有没有Ex 作 业 5-6