第五章熱力學(xué)第二定律5–1熱力學(xué)第二定律一、自發(fā)過程的方向性自然過程具有方向性，例如：1通過摩擦功轉(zhuǎn)變?yōu)闊崾遣豢赡孢^程。2有限溫差傳熱是不可逆過程。3空氣向真空自由膨脹是不可逆過程。只要Q'不大于Q，并不違反第一定律重物下落，水溫升高;水溫下降，重物升高？只要重物位能增加小于等于水降內(nèi)能減少，不違反第一定律。電流通過電阻，產(chǎn)生熱量對(duì)電阻加熱，電阻內(nèi)產(chǎn)生反向電流？只要電能不大于加入熱能，不違反第一定律。歸納：1）自發(fā)過程有方向性；2）自發(fā)過程的反方向過程并非不可進(jìn)行，而是要有附加條件；3）并非所有不違反第一定律的過程均可進(jìn)行。能量轉(zhuǎn)換方向性的實(shí)質(zhì)是能質(zhì)有差異無限可轉(zhuǎn)換能—機(jī)械能，電能部分可轉(zhuǎn)換能—熱能不可轉(zhuǎn)換能—環(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能二、熱力學(xué)第二定律的表述1克勞修斯說法：熱不可能自發(fā)地、不付任何代價(jià)地從低溫傳遞到高溫物體。2開爾文說法：不可能從單一熱源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下任何變化。兩種說法等價(jià)。5–2卡諾循環(huán)和卡諾定理一、卡諾循環(huán)及其熱效率

1.卡諾循環(huán)a-b：定溫膨脹，從高溫?zé)嵩垂べ|(zhì)吸熱q1。b-c：絕熱膨脹，對(duì)外作功。c-d：定溫壓縮，工質(zhì)向低溫?zé)嵩捶艧醧2。d-a：絕熱壓縮，消耗功。2熱效率q1=RgT1ln

q2=RgT2ln又：

，所以：最終：ηt=1-3討論①熱效率只取決于高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟?，與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。②T1不可能達(dá)到無窮大，T2不可能為0，所以效率小于1。③如T1=T2，ηt=0，單熱源熱機(jī)不存在。④增大T1，減小T2，可提高熱效率。⑤卡諾循環(huán)是理想循環(huán)，用于衡量其他循環(huán)的完善程度。二、概括性卡諾循環(huán)工作于兩個(gè)熱源間的其余可逆循環(huán)稱為概括性卡諾循環(huán)。1循環(huán)組成循環(huán)由多變過程bc和da代替了卡諾循環(huán)中的絕熱過程。2循環(huán)實(shí)現(xiàn)的條件要使該循環(huán)成為可逆循環(huán)，需滿足：①

bc與da

的多變指數(shù)n必須相等。②

工質(zhì)在bc中放出的熱量必須在da過程中被工質(zhì)吸收，并且為等溫傳熱。采用回?zé)釋?shí)現(xiàn)該循環(huán)?；?zé)幔翰捎脽o限多個(gè)蓄熱器實(shí)現(xiàn).

3熱效率三、有多個(gè)熱源的可逆循環(huán)如圖所示，對(duì)于熱源多于一個(gè)的任意可逆循環(huán)abcda，有：吸熱過程：abc，q1=面積abcfe。放熱過程：cda，q2=面積cdaef。熱效率：ηt=1-

平均放熱溫度和平均吸熱溫度：做一個(gè)卡諾循環(huán)ABCD，使面積ABfe=abfe，面積CDef=cdef，則ABCD與abcd熱效率相等。ηt=1-：平均吸熱溫度。：平均放熱溫度。四、逆向卡諾循環(huán)循環(huán)按adcba逆時(shí)針進(jìn)行，向高溫?zé)嵩捶艧醧1，從低溫?zé)嵩次鼰醧2。1用做制冷：2用做取暖：5-3卡諾定理

定理1：在相同溫度的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，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2：在同為溫度T1的熱源和同為溫度T2的冷源間工作的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)熱效率。

理論意義：1）提高熱機(jī)效率的途徑：可逆、提高T1，降低T2；

2）提高熱機(jī)效率的極限。證明：用反證法。5–4熵和熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式一、熵參數(shù)

討論：

1）因證明中僅利用卡諾循環(huán)，故與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)；2）因s是狀態(tài)參數(shù)，故Δs12=s2-s1與過程無關(guān)；

s是狀態(tài)參數(shù)，比熵令若循環(huán)是不可逆循環(huán)，有：可逆“=”不可逆“<”對(duì)于循環(huán)，有二、克勞修斯積分稱為克勞修斯積分若循環(huán)是可逆循環(huán)，有：三、熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式結(jié)合可逆過程討論：1)違反上述任一表達(dá)式就可導(dǎo)出違反第二定律；2）熱力學(xué)第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式給出了熱過程的方向判據(jù)。5–5

熵方程一、閉口系統(tǒng)熵方程1.熵流和熵產(chǎn)其中吸熱

“+”放熱“–”系統(tǒng)與外界換熱造成系統(tǒng)熵的變化。（熱）熵流sg—熵產(chǎn)，非負(fù)不可逆“+”可逆“0”系統(tǒng)進(jìn)行不可逆過程造成系統(tǒng)熵的增加二、閉口系統(tǒng)熵方程流入系統(tǒng)熵-流出系統(tǒng)熵+熵產(chǎn)=系統(tǒng)熵增若是穩(wěn)定流動(dòng)：5-6、孤立系統(tǒng)熵增原理

因?yàn)槭枪铝⑾悼赡嫒　?”不可逆取“>”

孤立系統(tǒng)熵增原理：

孤立系內(nèi)一切過程均使孤立系統(tǒng)熵增加，其極限—一切過程均可逆時(shí)系統(tǒng)熵保持不變。

3）一切實(shí)際過程都不可逆，所以可根據(jù)熵增原理判別過程進(jìn)行的方向；討論：

1）孤立系統(tǒng)熵增原理ΔSiso=Sg≥0，可作為第二定律的又一數(shù)學(xué)表達(dá)式，而且是更基本的一種表達(dá)式；

2）孤立系統(tǒng)的熵增原理可推廣到閉口絕熱系；4）一個(gè)系統(tǒng)熵的減小，必然伴隨著其他系統(tǒng)熵的增加，并且熵的總和不可能減小。1熱轉(zhuǎn)化為功ΔS=ΔST1+ΔST2=≥0若T1>T22溫差傳熱

若T1>T2，ds=>03機(jī)械能不可逆轉(zhuǎn)化為熱能通過摩擦使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。損失功dwl。系統(tǒng)熵增加：ds=5–7系統(tǒng)的作功能力（）及熵產(chǎn)與作功能力損失

可100%被利用，無限轉(zhuǎn)換的能量稱為。機(jī)械能、電能100%是一.熱源熱量的熱源傳出的熱量中理論上可轉(zhuǎn)化為的熱量。二.能量貶值原理損失可用能的