1、The Second Law of Thermodynamics第五章熱力學(xué)第二定律第五章 熱力學(xué)第二定律5-1. 概述5-2. 第二定律兩種典型表述5-3. 卡諾定理5-4. 熱力學(xué)溫標(biāo)5-5. 卡諾循環(huán)5-7. 5-6. 熵?zé)崃W(xué)第二定律的開爾文表述(1851)循環(huán)熱機從單一熱源吸熱并使之完全變成功而不產(chǎn)生其它影響是不可能的第二類永動機Engine熱源第二類永動機（Perpetual Motion of the Second Kind）是不可能實現(xiàn)的NO!熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述(1850)熱量不能自動地不花代價地從較冷的物體移到較熱的物體Cooler高溫?zé)嵩碞O!YES！代價低溫?zé)嵩?/p>

2、卡諾定理推論一：在兩個熱源間的可逆機的效率都相等，與可逆循環(huán)的種類無關(guān)，與采用哪種工質(zhì)也無關(guān)。定理：在兩個熱源間的任何熱機的效率不大于可逆機的效率推論二：在兩個熱源間的不可逆機的效率小于可逆機的效率試證明等熵線與同一條等溫線不可能有兩個交點。 證明： 令工質(zhì)從 A 經(jīng)等溫線到 B ，再經(jīng)等熵過程返回 A ，完成循環(huán)。此循環(huán)中工質(zhì)在等溫過程中從單一熱源吸熱，并將之轉(zhuǎn)換為循環(huán)凈功輸出。這是違反熱力學(xué)第二定律的，故原假設(shè)不可能成立。A344155設(shè)等熵線 S 與同一條等溫線T 有兩個交點 A 和 B 。返回 某項專利申請書上提出一種熱機，從167 的熱源接受熱量，向7 冷源排熱，熱機每接受1 000

3、 kJ熱量，能發(fā)出0.12 kWh 的電力。請判定專利局是否應(yīng)受理其申請，為什么？解：故不違反第一定律 根據(jù)卡諾定理，在同溫限的兩個恒溫?zé)嵩粗g工作的熱機，以可逆機效率最高A440155從申請是否違反自然界普遍規(guī)律著手違反卡諾定理，所以不可能或違反卡諾定理，所以不可能返回5-6-1. 克勞修斯不等式與熵5-6. 熵 Entropy5-6-2. 熵平衡與熵增原理5-6-3. 熵方程可逆過程循環(huán)（不）可逆系統(tǒng)可逆微循環(huán)5-6-1. 克勞修斯不等式開氏表述參考恒溫?zé)嵩聪到y(tǒng)熱源循環(huán)系統(tǒng)由卡諾定理復(fù)合系統(tǒng)等號可逆循環(huán)可逆過程循環(huán)與可逆循環(huán)過程可逆過程循環(huán):可逆過程的正反過程構(gòu)成的循環(huán)可逆循環(huán)過程:如何確

4、定系統(tǒng)熱源 Tr？v可為單一熱源也可為多熱源單熱源二熱源二熱源Ts如何確定系統(tǒng)熱源 Tr？可為實際熱源也可為虛構(gòu)熱源實際熱源（用于復(fù)合系統(tǒng)不可逆情況）虛構(gòu)無溫差多變熱源（它與系統(tǒng)構(gòu)成內(nèi)部可逆循環(huán)。用于復(fù)合系統(tǒng)可逆情況）實際虛構(gòu)實際虛構(gòu)熱源內(nèi)部可逆系統(tǒng) 某循環(huán)在700 K的熱源及400 K的冷源之間工作，如圖所示，試判別循環(huán)是熱機循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆?解：A443233據(jù)第一定律違反克勞修斯積分不等式，不可能(b)改設(shè)為逆向的制冷循環(huán)符合克氏不等式，所以是不可逆的制冷循環(huán)方法1: (a)設(shè)為熱機循環(huán)方法2 ： (a)設(shè)為熱機循環(huán)(b)設(shè)為制冷循環(huán)不可能可能，但不可逆 注意： 1）任何

5、循環(huán)（可逆，不可逆；正向，反向）第一定律都適用。故判斷過程方向時僅有第一定律是不夠的； 2）熱量、功的“+”、“-”均基于系統(tǒng)，故取系統(tǒng)不同可有正負(fù)差別； 3）克氏積分中，不是工質(zhì)微元熵變返回熵的定義對于內(nèi)部可逆過程由克勞修斯不等式狀態(tài)參數(shù) 熵12比熵 任選可逆多熱源可逆循環(huán)（內(nèi)部可逆）效率 卡諾例:平均溫度與多熱源可逆循環(huán)5-6-2. 熵平衡與熵增原理過程的熵平衡 12可逆 任意對循環(huán)1A2R1熵變熵流熵產(chǎn)過程的熵平衡熵變熵產(chǎn)熵流第二定律 的數(shù)學(xué)表達(dá)過程熵不可逆可逆不可能傳遞熵熵不是守恒量生成熵熵流可正可負(fù)使系統(tǒng)熵增或熵減熵產(chǎn)是不可逆性的度量，表明實際過程的本質(zhì)特征熵增原理孤立系絕熱系 ad

6、iabatic systemisolated system 孤立系邊界系統(tǒng)外界不可逆可逆不可能終止于平衡態(tài)熵增原理包含了開爾文表述孤立系功源功源：只交換功的可逆系統(tǒng)不可能循環(huán)熱源循環(huán)系統(tǒng)熵增原理包含了克勞修斯表述熱源1熱源2孤立系熱平衡不可能不傳熱傳熱熵增原理的意義闡明了第二定律本質(zhì): 自發(fā)過程不可逆，自發(fā)過程有限度可能不可能 終止于平衡態(tài)可逆過程是不能超越的最優(yōu)過程適用與更為普遍更為復(fù)雜的系統(tǒng)熵增原理的意義分析計算更加方便為不可能過程變可能過程指明方向自發(fā)逆過程（熵減）補償過程（熵增）制冷循環(huán)熵增原理的意義分析計算更加方便為不可能過程變可能過程指明方向自發(fā)逆過程（熵減）補償過程（熵增）動力循

7、環(huán) 利用孤立系統(tǒng)熵增原理證明下述循環(huán)發(fā)動機是不可能制成的: 它從167 的熱源吸熱1 000 kJ向7 的冷源放熱568 kJ，輸出循環(huán)凈功432 kJ。證明：所以該熱機是不可能制成的A340133取熱機、熱源、冷源組成閉口絕熱系返回5-6-3.開口系熵方程時段質(zhì)熵流熱熵流5-6-3.開口系熵方程時段質(zhì)熵流熱熵流穩(wěn)定單進(jìn)出口 氣缸內(nèi)儲有1 kg空氣，分別經(jīng)可逆等溫及不可逆等溫，由初態(tài)p1= 0.1 MPa，t1= 27 壓縮到p2= 0.2MPa，若不可逆等溫壓縮過程中耗功為可逆壓縮的120%，確定兩種過程中空氣的熵增及過程的熵流及熵產(chǎn)。（空氣取定比熱容， t 0 = 27 ）解：可逆等溫壓縮

8、A4412553不可逆等溫壓縮由于初終態(tài)與可逆等溫壓縮相同返回 試判斷下列各情況的熵變是： a）正；b）負(fù)；c）可正可負(fù)；d）零1）閉口系經(jīng)歷一可逆變化過程，系統(tǒng)與外界交換功量10kJ，熱量 -10kJ，系統(tǒng)熵變 ?！?”2）閉口系經(jīng)歷一不可逆變化過程，系統(tǒng)與外界交換功量10 kJ，熱量-10kJ，系統(tǒng)熵變 ?！?”or”+”3）在一穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流裝置內(nèi)工作的流體經(jīng)歷一不可逆過程,裝置作 功20kJ，與外界交換熱量-15kJ，流體進(jìn)出口熵變?！?”or”-”4）在一穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流裝置內(nèi)工作的流體流，經(jīng)歷一可逆過程，裝 置作功20kJ，與外界交換熱量-15kJ，流體進(jìn)出口熵變?！?”5）流體在穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的情況下按不可逆絕熱變化，系統(tǒng)對外作 功10kJ，此開口系統(tǒng)的熵變。+A140155返回 有一穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)，系統(tǒng)與外界交換功量-10 kJ，向環(huán)境散熱5 kJ，問過程能否實現(xiàn)，已知環(huán)境t0 = 21 取系統(tǒng)如圖，設(shè)1 kg 空氣流入，x1 kg 熱空氣；x2 kg 冷空氣流出：解：A444277流入系統(tǒng)之熵流出系統(tǒng)之熵穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流熵方程：流入系統(tǒng)熵-流出系統(tǒng)熵+熵產(chǎn)=系統(tǒng)熵增0質(zhì)量守恒：代入,整理：時可能實現(xiàn)返回37判斷正誤2. 實際孤立系最終狀態(tài)的熵微分等于零1. 孤立系的自發(fā)過程熵總是增大的壓3. 實際循環(huán)過程熵變大于零4. 熵減過程只有加熵過程后才能實現(xiàn)5. 功源的熵產(chǎn)等于