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第二章 热力学基本定律（热二律） 引言 第二类永动机 (The second kind of perpetual motion machine) 定义：从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响 §2.6.1 自发过程 §2.6.2 热二律的表述与实质 2）克劳修斯表述 热二律的实质 热机的热效率 热一律否定了 第一类永动机 §2.7 卡诺循环—理想可逆热机循环（法国，S. Carnot，1824年提出） 卡诺循环热机效率 ?t,c的说明 逆向卡诺循环?制冷 T0 ↑ ? c ↓ 逆向卡诺循环 ? 热泵 §2.7.2 卡诺定理 卡诺定理的意义 卡诺定理应用举例 该循环能否实现？ 实际循环与卡诺循环 §2.9 熵与克劳修斯不等式 §2.9.1 熵的引入 2、任意可逆循环的Q/T 3、A→B沿不同路径APQ B 和AMNB的Q/T 4、熵的定义和物理意义 §2.9.2 克劳修斯不等式 克劳修斯不等式的说明 克劳修斯不等式应用举例 §2.9.3 不可逆过程的熵变 不可逆过程的熵变说明 §2.9.4 熵流和熵产 摩擦引起的熵产 有温差传热引起的熵产 §2.10 孤立系统熵增原理 孤立系统熵增原理说明 §2.11 熵方程 熵方程特例: 例1 能否实现？ 例2：下列说法是否正确？为什么？ 例3：分析题（1） 分析题（2） 分析题（3） 例4：计算题 T ? ? ? ? ? ? ? ? H a b c d L s 1 2 ⊿s 平均吸热温度： 平均放热温度： 等效卡诺循环： 3. 同温限间卡诺循环的热效率最高 循环最高温度T1 循环最低温度T2 在T1和T2之间： T T1 T2 A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? H B a b c C d D ? L s 1 2 ⊿s 是循环温度界限 　　是循环净功之比，表示多热 源可逆循环接近同温限间卡诺循 环的程度。 T A ? ? ? ? ? ? ? H B C D ? L s 1 2 ⊿s 1、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。 2、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。 1000 K 300 K E 2000 kJ 800 kJ 1200 kJ 可能 如果：W=1500 kJ 1500 kJ 不可能 500 kJ 卡诺循环：?tC =74.7%； 实际：?t =30~40% 卡诺循环只有理论意义，实际上定T 、定 s都难实现 火力发电： t1=600 ℃ ，t2=25 ℃ 卡诺循环 ： ?tC =65.9%；实际：?t =40% 内燃机 ：t1=2000℃，t2=300 ℃ S T T2 S1 S2 Q1 Q2 T1 Q1 = T1(S2-S1) Q1 / T1 =S2-S1 Q2 = T2(S1-S2) Q2 / T2 = S1-S2 两式相加，得： ∵ Q已作正负号规定， Q1、 Q2可统一写成Q； T1、 T2可为热源温度（=工质温度），可统一写成T ∴ 1、卡诺循环的Q/T 过作P、Q等熵线PM、QN，构成微元可逆循环PQNMP S 当P→Q时， T P→TQ ， P-Q →等温过程。则PQNMP为微元 卡诺循环。这样，ABA可由无穷个微元卡诺循环组成。 积分： 第i个微元： 热量统一用δQ表示，温度统一用T 表示： （δQ/T为某函数的全微分---微分特性） T δQ1 A B P Q M N δQ2 上已导出： 与路径无关， 满足积分特性 显然， δQ/T 是一个状态参数。 1865年，克劳修斯引入entropy 1923年，I.R. Plank来华讲学，东南大胡刚复教授根据entropie的定义“热温商”，译为：“熵”。 AMNB逆行： T δQ1 A B P Q M N δQ2 熵的定义： 1kg：比熵： 可逆过程 热源温度 熵的物理意义：熵变表示可逆过程中热量交换的方向和大小。 可逆时 系统吸热 系统放热 无热交换 由卡诺定理：不可逆循环的? t小于卡诺循环的? c： 取一包含不可逆过程的微元循环，则： 对整个循环积分，得： 综合前面导出的可逆循环公式，有： 克劳修斯不等式： 热二律数学表达式之一 2、克劳修斯不等式是针对循环而言的，?Q 的正、负以工质为对象，T为热源温度。 0：说明循环可实现，但不可逆 =0：说明循环可实现，且可逆 0：循环不可能实现 1、可作为循环能否进行或是否可逆的判据： 可能实现 如果：W=1500 kJ 1500 kJ 不可能实现 注意：Q的正、负是站在工质的立场上 T1=1000 K T2=300 K E 2000 kJ 1200 kJ Q1 Q2 0 0 该循环能否实现？ 任意