大一学年化工专业课件热力学二定律配套.ppt

* 第五章 热力学第二定律 * 摩擦、扰动引起的熵产 设一微元过程，系统吸热 ，作功 ，比热力学能变化du，比体积变化dv。其系统的熵变为 该过程的能量转换关系为 将其代入前式，即有 可见 即不可逆过程系统熵变等于熵流和熵产的代数和。熵流和热量具有相同的符号；熵产则不同，它永远为正值，并随着不可逆程度的增加而增大。 熵产 ← * 第五章 热力学第二定律 * 利用熵变的性质判断过程的不可逆性： 设任意不可逆过程a-b-c和任意可逆过程c-d-a组成一热力循环。 按克劳修斯不等式有 c-d-a为可逆过程，因此有T=Tr，所以上式可写为 因此有 ，微元不可逆过程有 对可逆过程，T=Tr，因此有 综合上面两种情况，可得 ≥ * 第五章 热力学第二定律 * 绝热过程的不可逆性的判断： 绝热过程中，系统和外界不发生任何热交换，即 ，因而按照上式有 对于有限过程，有 不可逆绝热过程在T-s图上表示： 不可逆绝热过程的熵变大于零。 不可逆绝热过程线下面的面积不代表过程热量。 ds≥0 ≥0 * 第五章 热力学第二定律 * 孤立系统熵增原理： 把系统和有关周围物质一起作为一个孤立系统，同时考虑系统和周围物质的熵变，则可更好地说明过程的方向性，从而突出地反映热力学第二定律的实质。 当系统和温度为T0的周围物质交换热量时,按照任意过程中系统熵变化的关系式，有 而周围物质的熵的变化为 综合上面二式，有 或表示为 即孤立系统的熵变不可能减小，不可逆过程中孤立系统的熵总是不断增大，可逆过程中孤立系统的熵保持不变。上述原理称为孤立系统熵增原理。 dSiso≥0 ≥ ≥0 * 第五章 热力学第二定律 * 第五章 热力学第二定律 5-1 热机循环和制冷循环 5-2 热力学第二定律的表述 5-3 卡诺循环 5-4 卡诺定理 5-5 克劳修斯不等式 5-6 状态参数熵及孤立系统熵增原理 * 第五章 热力学第二定律 * 热机循环：将燃料燃烧放出的热能转变为机械功，实现热功转换的热力循环。 吸热 放热 循环净功 热机循环热效率 实践证明：企图不向温度较低的环境放热而把高温物体的热能连续地完全转换为机械能是不可能的。 热机循环分析： 5-1 热机循环和制冷循环 * 第五章 热力学第二定律 * 制冷循环：消耗一定的机械功，实现热量由低温物体向高温物体传递的循环。 吸热 放热 耗功 制冷系数 实践证明，企图不消耗机械功而实现由低温物体向高温物体传递热量是不可能的。 制冷循环的分析： * 第五章 热力学第二定律 * 5-2 热力学第二定律的表述 开尔文-普朗克说法： “不可能建造一种循环工作的机器，其作用只是从单一热源吸热并全部转变为功”。 “第二类永动机是不可能制成的” “热机的热效率不可能达到100%” 即热机工作时除了有高温热源提供热量外，同时还必须有低温热源，把一部分来自高温热源的热量排给低温热源，作为实现把高温热源提供的热量转换为机械功的必要补偿 。 克劳修斯说法：“不可能使热量由低温物体向高温物体传递而不引起其他的变化”。 即当利用制冷机实现由低温物体向高温物体传递热量时，还必须消耗一定的机械功，并把这些机械功转变为热量放出，以此作为由低温物体向高温物体传递热量的补偿。 * 第五章 热力学第二定律 * 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 而把它全部转变为机械功w0，即 ，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。 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。 * 第五章 热力学第二定律 * 经验表明，非自发过程不能自发地实现，即使利用热机、制冷机或者其他任何办法，使非自发过程得以实现，但同时总是需要另一种自发过程伴随进行，以作为实现非自发过程的一种补偿。 自发过程：自发地实现的过程。 非自发过程：自发过程的逆向过程。 因此，热力学第二定律可概括为： 一切自发地