第四章

熱力學(xué)第二定律SecondLawofThermodynamics能量之間數(shù)量的關(guān)系熱力學(xué)第一定律能量守恒與轉(zhuǎn)換定律所有滿足能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的過程是否都能自發(fā)進(jìn)行自發(fā)過程的方向性自發(fā)過程：不需要任何外界作用而自動進(jìn)行的過程。自然界自發(fā)過程都具有方向性

熱量由高溫物體傳向低溫物體摩擦生熱水自動地由高處向低處流動電流自動地由高電勢流向低電勢自發(fā)過程的方向性功量自發(fā)過程具有方向性、條件、限度摩擦生熱熱量100%熱量發(fā)電廠功量40%放熱Spontaneousprocess

熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)能不能找出共同的規(guī)律性?能不能找到一個(gè)判據(jù)?

自然界過程的方向性表現(xiàn)在不同的方面熱力學(xué)第二定律§4-1熱二律的表述與實(shí)質(zhì)

熱功轉(zhuǎn)換

傳熱

熱二律的表述有60-70

種

1851年

開爾文－普朗克表述

熱功轉(zhuǎn)換的角度

1850年

克勞修斯表述

熱量傳遞的角度開爾文－普朗克表述

不可能從單一熱源取熱，并使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響。Kelvin－PlanckStatement

Itisimpossibleforanydevicethatoperatesonacycletoreceiveheatfromasinglereservoirandproduceanetamountofwork.開爾文－普朗克表述

不可能從單一熱源取熱，并使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響。

熱機(jī)不可能將從熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?，而必須將某一部分傳給冷源。理想氣體T

過程q=wKelvin－PlanckStatement理想氣體T

過程q=wT

s

p

v

1

2

熱機(jī)：連續(xù)作功構(gòu)成循環(huán)1

2

有吸熱，有放熱Heatreservoirs

ThermalEnergySource

Heat

ThermalEnergy

Sink冷熱源:容量無限大，取、放熱其溫度不變

但違反了熱力學(xué)第二定律perpetual-motionmachineofthesecondkind第二類永動機(jī)：設(shè)想的從單一熱源取熱并 使之完全變?yōu)楣Φ臒釞C(jī)。這類永動機(jī)并不違反熱力學(xué)第一定律第二類永動機(jī)是不可能制造成功的環(huán)境是個(gè)大熱源Perpetual–motionmachineofthesecondkind鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器WnetQoutQ第二類永動機(jī)???

如果三峽水電站用降溫法發(fā)電，使水溫降低5C，發(fā)電能力可提高11.7倍。設(shè)水位差為180米重力勢能轉(zhuǎn)化為電能：mkg水降低5C放熱：第二類永動機(jī)???單熱源熱機(jī)水面制冷系統(tǒng)耗功水發(fā)電機(jī)蒸汽克勞修斯表述

不可能將熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其它變化。

Itisimpossibletoconstructadevicethatoperatesinacycleandproducesnoeffectotherthanthetransferofheatfromalower-temperaturebodytoahigher-temperaturebody.Clausiusstatement克勞修斯表述

不可能將熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其它變化。

熱量不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳至高溫物體?？照{(diào),制冷代價(jià)：耗功Clausiusstatement兩種表述的關(guān)系開爾文－普朗克表述

完全等效!!!克勞修斯表述：違反一種表述,必違反另一種表述!!!證明1、違反開表述導(dǎo)致違反克表述

Q1’=WA+Q2’反證法：假定違反開表述熱機(jī)A從單熱源吸熱全部作功Q1=WA

用熱機(jī)A帶動可逆制冷機(jī)B

取絕對值

Q1’-Q2’=WA=Q1

Q1’-Q1=Q2’

違反克表述

T1

熱源AB冷源T2<T1

Q2’Q1’WAQ1證明2、違反克表述導(dǎo)致違反開表述

WA=Q1-Q2反證法：假定違反克表述

Q2熱量無償從冷源送到熱源假定熱機(jī)A從熱源吸熱Q1

冷源無變化

從熱源吸收Q1-Q2全變成功WA

違反開表述

T1

熱源A冷源T2<T1

Q2Q2WAQ1Q2對外作功WA對冷源放熱Q2熱二律的實(shí)質(zhì)

?

自發(fā)過程都是具有方向性的

?

表述之間等價(jià)不是偶然，說明共同本質(zhì)

?

若想逆向進(jìn)行，必付出代價(jià)熱一律否定第一類永動機(jī)熱機(jī)的熱效率最大能達(dá)到多少？又與哪些因素有關(guān)？???熱一律與熱二律

t

>100％不可能熱二律否定第二類永動機(jī)

t

=100％不可能§4-2卡諾循環(huán)與卡諾定理法國工程師卡諾(S.Carnot)，1824年提出卡諾循環(huán)熱二律奠基人效率最高卡諾循環(huán)—

理想可逆熱機(jī)循環(huán)卡諾循環(huán)示意圖4-1絕熱壓縮過程，對內(nèi)作功1-2定溫吸熱過程，q1=T1(s2-s1)2-3絕熱膨脹過程，對外作功3-4定溫放熱過程，q2=T2(s2-s1)CarnotcycleCarnotheatengine卡諾循環(huán)熱機(jī)效率卡諾循環(huán)熱機(jī)效率T1T2Rcq1q2wCarnotefficiency?

t,c只取決于恒溫?zé)嵩碩1和T2

而與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)；卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的說明?

T1

t,c,T2

c

，溫差越大，

t,c越高?

當(dāng)T1=T2，

t,c=0,單熱源熱機(jī)不可能?

T1

=K,T2

=0K,

t,c<100%，熱二律ConstantheatreservoirT0

c卡諾逆循環(huán)

卡諾制冷循環(huán)T0T2制冷T0T2Rcq1q2wTss2s1T2

c

T1

’卡諾逆循環(huán)

卡諾制熱循環(huán)T0T1制熱TsT1T0Rcq1q2ws2s1T0

’三種卡諾循環(huán)T0T2T1制冷制熱TsT1T2動力

有一卡諾熱機(jī),從T1熱源吸熱Q1,向T0環(huán)境放熱Q2,對外作功W帶動另一卡諾逆循環(huán),從T2冷源吸熱Q2’,向T0放熱Q1’例題T1T2(<T0)Q2’WT0Q1’Q2Q1試證:當(dāng)T1>>T0

則例題T1T2(<T0)Q2’WT0Q1’Q2Q1試證:當(dāng)T1>>T0

解：例題T1T2(<T0)Q2’WT0Q1’Q2Q1試證:當(dāng)T1>>T0

解：0卡諾定理—

熱二律的推論之一定理：在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的所有熱機(jī)，以可逆熱機(jī)的熱效率為最高。

卡諾提出：卡諾循環(huán)效率最高即在恒溫T1、T2下

結(jié)論正確，但推導(dǎo)過程是錯(cuò)誤的

當(dāng)時(shí)盛行“熱質(zhì)說”

1850年開爾文，1851年克勞修斯分別重新證明Carnotprinciples卡諾的證明—反證法假定Q1=Q1’

要證明T1T2IRRRWQ1Q2Q2’Q2’Q1’Q1’W’

如果

>∵Q1=Q1’∴W>W’

“熱質(zhì)說”，水,高位到低位，作功，流量不變熱經(jīng)過熱機(jī)作功，高溫到低溫，熱量不變Q2=Q1Q2’=Q1’

Q2=Q2’T1和T2無變化，作出凈功W-W’,違反熱一律把R逆轉(zhuǎn)Q1’Q2’R卡諾證明的錯(cuò)誤恩格斯說卡諾定理頭重腳輕?

開爾文重新證明?

克勞修斯重新證明?

熱質(zhì)說?

用第一定律證明第二定律開爾文的證明—反證法若

tIR

>

tRT1T2IRRQ1Q1’Q2Q2’WIRWIR-

WR

=Q2’-Q2

>0T1無變化從T2吸熱Q2’-Q2違反開表述，單熱源熱機(jī)WR假定Q1=

Q1’

要證明把R逆轉(zhuǎn)-WRWIR=Q1-Q2WR=Q1’-Q2’

對外作功WIR-WR

克勞修斯的證明—反證法假定：WIR=WR若

tIR

>

tRT1T2IRRQ1Q1’Q2Q2’WIR

Q1

<Q1’

Q1’-

Q1

=Q2’-Q2

>0從T2吸熱Q2’-Q2向T1放熱Q1’-Q1不付代價(jià)違反克表述

要證明

Q1-Q2=

Q1’-Q2’

WR把R逆轉(zhuǎn)卡諾定理推論一

在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的一切可逆熱機(jī)，具有相同的熱效率，且與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。T1T2R1R2Q1Q1’Q2Q2’WR1

求證：

tR1

=

tR2

由卡諾定理

tR1

>

tR2

tR2

>

tR1

WR2

只有：

tR1

=

tR2

tR1

=

tR2=

tC與工質(zhì)無關(guān)卡諾定理推論二

在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的任何不可逆熱機(jī)，其熱效率總小于這兩個(gè)熱源間工作的可逆熱機(jī)的效率。T1T2IRRQ1Q1’Q2Q2’WIR

已證：

tIR

>

tR

證明

tIR

=

tR

反證法,假定：

tIR

=

tR

令Q1=Q1’

則

WIR

=WR工質(zhì)循環(huán)、冷熱源均恢復(fù)原狀，外界無痕跡，只有可逆才行，與原假定矛盾。

∴

Q1’-Q1

=Q2’

-

Q2=

0

WR多熱源（變熱源）可逆機(jī)

多熱源可逆熱機(jī)與相同溫度界限的卡諾熱機(jī)相比，熱效率如何？Q1C>Q1R多

Q2C

<Q2R多bcda321456T2T1平均溫度法：

∴

tC

>

tR多

Q1R多=T1(sc-sa)Q2R多=T2(sc-sa)

Ts概括性卡諾熱機(jī)如果吸熱和放熱的多變指數(shù)相同bcdafeT1T2完全回?zé)?/p>

Tsnn∴ab

=cd

=ef

這個(gè)結(jié)論提供了一個(gè)提高熱效率的途徑

Ericssoncycle卡諾定理小結(jié)1、在兩個(gè)不同T的恒溫?zé)嵩撮g工作的一切

可逆熱機(jī)

tR

=

tC

2、多熱源間工作的一切可逆熱機(jī)

tR多

<同溫限間工作卡諾機(jī)

tC

3、不可逆熱機(jī)

tIR

<同熱源間工作可逆熱機(jī)

tR

tIR

<

tR=

tC

∴在給定的溫度界限間工作的一切熱機(jī)，

tC最高

熱機(jī)極限

TheCarnotPrinciples1、Theefficiencyofanirreversibleheatengineisalwayslessthantheefficiencyofareversibleoneoperatingbetweenthesametworeservoirs.

2、Theefficienciesofallreversibleheatenginesoperatingbetweenthesametworeservoirsarethesame.卡諾定理的意義

從理論上確定了通過熱機(jī)循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的條件，指出了提高熱機(jī)熱效率的方向，是研究熱機(jī)性能不可缺少的準(zhǔn)繩。對熱力學(xué)第二定律的建立具有重大意義?？ㄖZ定理舉例

A

熱機(jī)是否能實(shí)現(xiàn)1000

K300

KA2000kJ800

kJ1200

kJ可能

如果：W=1500kJ1500

kJ不可能500

kJ實(shí)際循環(huán)與卡諾循環(huán)

內(nèi)燃機(jī)

t1=2000oC，t2=300oC

tC

=74.7%

實(shí)際

t

=30~40%

卡諾熱機(jī)只有理論意義，最高理想實(shí)際上

T

s

很難實(shí)現(xiàn)

火力發(fā)電

t1=600oC，t2=25oC

tC

=65.9%

實(shí)際

t

=40%回?zé)岷吐?lián)合循環(huán)

t

可達(dá)50%§4-3克勞修斯不等式§4-3、§4-4熵、§4-5孤立系熵增原理圍繞方向性問題，不等式熱二律推論之一

卡諾定理給出熱機(jī)的最高理想熱二律推論之二

克勞修斯不等式反映方向性定義熵Clausiusinequality克勞修斯不等式克勞修斯不等式的研究對象是循環(huán)方向性的判據(jù)正循環(huán)逆循環(huán)可逆循環(huán)不可逆循環(huán)

克勞修斯不等式的推導(dǎo)克勞修斯不等式的推導(dǎo)（1）可逆循環(huán)1、正循環(huán)（卡諾循環(huán)）T1T2RQ1Q2W吸熱

∴

克勞修斯不等式的推導(dǎo)（2）不可逆循環(huán)1、正循環(huán)（卡諾循環(huán)）T1T2RQ1Q2W吸熱

∴

假定Q1=Q1’

，

tIR

<

tR，W’<W

∵可逆時(shí)IRW’Q1’Q2’克勞修斯不等式的推導(dǎo)（1）可逆循環(huán)2、反循環(huán)（卡諾循環(huán)）T1T2RQ1Q2W放熱

∴

克勞修斯不等式的推導(dǎo)（2）不可逆循環(huán)2、反循環(huán)（卡諾循環(huán)）T1T2RQ1Q2W放熱

∴

假定Q2

=Q2’

W’>W

可逆時(shí)IRW’Q1’Q2’克勞修斯不等式推導(dǎo)總結(jié)可逆

=不可逆

<正循環(huán)（可逆、不可逆）吸熱反循環(huán)（可逆、不可逆）放熱僅卡諾循環(huán)???克勞修斯不等式∴對任意循環(huán)克勞修斯不等式將循環(huán)用無數(shù)組s

線細(xì)分，abfga近似可看成卡諾循環(huán)=可逆循環(huán)

<不可逆循環(huán)

>

不可能熱源溫度熱二律表達(dá)式之一

克勞修斯不等式例題

A

熱機(jī)是否能實(shí)現(xiàn)1000

K300

KA2000

kJ800

kJ1200

kJ可能

如果：W=1500kJ1500

kJ不可能500

kJ注意：熱量的正和負(fù)是站在循環(huán)的立場上§4-4熵Entropy熱二律推論之一

卡諾定理給出熱機(jī)的最高理想熱二律推論之二

克勞修斯不等式反映方向性熱二律推論之三

熵反映方向性熵的導(dǎo)出定義：熵于19世紀(jì)中葉首先克勞修斯(R.Clausius)引入，式中S從1865年起稱為entropy，由清華劉仙洲教授譯成為“熵”。小知識克勞修斯不等式可逆過程，，代表某一狀態(tài)函數(shù)。=可逆循環(huán)<不可逆循環(huán)比熵熵的物理意義定義：熵?zé)嵩礈囟?工質(zhì)溫度比熵克勞修斯不等式可逆時(shí)熵變表示可逆過程中熱交換的方向和大小熵的物理意義熵是狀態(tài)量可逆循環(huán)pv12ab熵變與路徑無關(guān),只與初終態(tài)有關(guān)Entropychange不可逆過程

S與傳熱量的關(guān)系任意不可逆循環(huán)pv12ab=可逆>不可逆S與傳熱量的關(guān)系=可逆>不可逆<不可能熱二律表達(dá)式之一對于循環(huán)克勞修斯不等式除了傳熱,還有其它因素影響熵不可逆絕熱過程不可逆因素會引起熵變化=0總是熵增針對過程熵流和熵產(chǎn)對于任意微元過程有：=：可逆過程>：不可逆過程定義熵產(chǎn)：純粹由不可逆因素引起結(jié)論：熵產(chǎn)是過程不可逆性大小的度量。熵流：永遠(yuǎn)熱二律表達(dá)式之一EntropyflowandEntropygeneration熵流、熵產(chǎn)和熵變?nèi)我獠豢赡孢^程可逆過程不可逆絕熱過程可逆絕熱過程不易求熵變的計(jì)算方法理想氣體僅可逆過程適用Ts1234任何過程熵變的計(jì)算方法非理想氣體：查圖表固體和液體：通常常數(shù)例：水熵變與過程無關(guān)，假定可逆：熵變的計(jì)算方法熱源（蓄熱器）：與外界交換熱量，T幾乎不變假想蓄熱器RQ1Q2WT2T1T1熱源的熵變熵變的計(jì)算方法功源（蓄功器）：與只外界交換功功源的熵變理想彈簧無耗散§4-5

孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)無質(zhì)量交換結(jié)論：孤立系統(tǒng)的熵只能增大，或者不變，絕不能減小，這一規(guī)律稱為孤立系統(tǒng)

熵增原理。無熱量交換無功量交換=：可逆過程>：不可逆過程熱二律表達(dá)式之一Increaseofentropyprinciple

Theentropyofanisolatedsystemduringaprocessalwaysincreaseor,inthelimitingcaseofareversibleprocess,remainsconstant.孤立系統(tǒng)熵增原理：孤立系統(tǒng)的熵只能增大，或者不變，絕不能減小。為什么用孤立系統(tǒng)？孤立系統(tǒng)=非孤立系統(tǒng)+相關(guān)外界=：可逆過程

reversible>：不可逆過程

irreversible<：不可能過程impossible最常用的熱二律表達(dá)式孤立系熵增原理舉例(1)傳熱方向(T1>T2)QT2T1用克勞修斯不等式用用用沒有循環(huán)不好用不知道孤立系熵增原理舉例(1)QT2T1取熱源T1和T2為孤立系當(dāng)T1>T2可自發(fā)傳熱當(dāng)T1<T2不能傳熱當(dāng)T1=T2可逆?zhèn)鳠峁铝⑾奠卦鲈砼e例(1)QT2T1取熱源T1和T2為孤立系STT1T2孤立系熵增原理舉例(2)兩恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機(jī)Q2T2T1RWQ1功源孤立系熵增原理舉例(2)Q2T2T1RWQ1功源STT1T2兩恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機(jī)孤立系熵增原理舉例(3)T1T2RQ1Q2W假定Q1=Q1’

，

tIR

<

tR，W’<W

∵可逆時(shí)IRW’Q1’Q2’兩恒溫?zé)嵩撮g工作的不可逆熱機(jī)孤立系熵增原理舉例(3)T1T2IRW’Q1’Q2’兩恒溫?zé)嵩撮g工作的不可逆熱機(jī)STT1T2RQ1Q2W孤立系熵增原理舉例(4)功

熱是不可逆過程T1WQ功源單熱源取熱

功是不可能的孤立系熵增原理舉例(5)Q2T2T0WQ1功源冰箱制冷過程若想必須加入功W,使作功能力損失RQ1Q2WR卡諾定理

tR>

tIR

可逆T1T0IRWIRQ1’Q2’作功能力:以環(huán)境為基準(zhǔn),系統(tǒng)可能作出的最大功假定Q1=Q1’

，WR

>WIR

作功能力損失作功能力損失T1T0RQ1Q2WIRW’Q1’Q2’假定Q1=Q1’

，WR>WIR

作功能力損失

§4-6熵方程閉口系開口系out(2)in(1)ScvQW穩(wěn)定流動熱二律討論熱二律表述(思考題1)“功可以全部轉(zhuǎn)換為熱,而熱不能全部轉(zhuǎn)換為功”

溫度界限相同的一切可逆機(jī)的效率都相等?

一切不可逆機(jī)的效率都小于可逆機(jī)的效率?理想T

(1)體積膨脹,對外界有影響

(2)不能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)換為功熵的性質(zhì)和計(jì)算

不可逆過程的熵變可以在給定的初、終態(tài)之間任選一可逆過程進(jìn)行計(jì)算。

熵是狀態(tài)參數(shù)，狀態(tài)一定，熵有確定的值；

熵的變化只與初、終態(tài)有關(guān)，與過程的路徑無關(guān)

熵是廣延量熵的表達(dá)式的聯(lián)系?

可逆過程傳熱的大小和方向?不可逆程度的量度作功能力損失?孤立系?過程進(jìn)行的方向?循環(huán)克勞修斯不等式熵的問答題?

任何過程，熵只增不減?

若從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆兩條路徑到達(dá)同一終點(diǎn)，則不可逆途徑的

S必大于可逆過程的

S?

可逆循環(huán)

S為零，不可逆循環(huán)

S大于零╳╳╳?

不可逆過程

S永遠(yuǎn)大于可逆過程

S╳判斷題（1）?

若工質(zhì)從同一初態(tài)，分別經(jīng)可逆和不可逆過程，到達(dá)同一終態(tài)，已知兩過程熱源相同，問傳熱量是否相同？相同初終態(tài)，

s相同=：可逆過程>：不可逆過程熱源T相同相同判斷題（2）?

若工質(zhì)從同一初態(tài)出發(fā)，從相同熱源吸收相同熱量，問末態(tài)熵可逆與不可逆誰大？相同熱量，熱源T相同=：可逆過程>：不可逆過程相同初態(tài)s1相同判斷題（3）?

若工質(zhì)從同一初態(tài)出發(fā)，一個(gè)可逆絕熱過程與一個(gè)不可逆絕熱過程，能否達(dá)到相同終點(diǎn)？可逆絕熱不可逆絕熱STp1p2122’判斷題（4）?

理想氣體絕熱自由膨脹，熵變？典型的不可逆過程AB真空

可逆與不可逆討論(例1)可逆熱機(jī)2000

K300

K100

kJ15

kJ85

kJ

可逆與不可逆討論(例1)可逆熱機(jī)2000

K300

K100

kJ15

kJ85

kJ

Scycle=0,

Siso=0ST2000

K300

K

可逆與不可逆討論(例2)2000

K300

K100

kJ15

kJ85

kJ不可逆熱機(jī)83

kJ17

kJ由于膨脹時(shí)摩擦摩擦耗功2kJ當(dāng)T0=300K作功能力損失

=T0

Siso=

2kJ

可逆與不可逆討論(例2)2000

K300

K100

kJ15

kJ85

kJ不可逆熱機(jī)83

kJ17

kJ由于膨脹時(shí)摩擦

=

2kJ

Scycle=0T0ST2000

K300

K

Siso=0.0067可逆與不可逆討論(例3)有溫差傳熱的可逆熱機(jī)2000

K300

K100

kJ16

kJ84

kJ100

kJ1875

K可逆與不可逆討論(例3)有溫差傳熱的可逆熱機(jī)2000

K300

K100

kJ16

kJ84

kJ100

kJ1875

KST2000

K300

K1875

K

Siso=0.0033

Scycle=0

T0

S熱源溫差可逆與不可逆討論(例4)某熱機(jī)工作于T1=800K和T2=285K兩個(gè)熱源之間，q1=600kJ/kg，環(huán)境溫度為285K，試求：

（1）熱機(jī)為卡諾機(jī)時(shí)，循環(huán)的作功量及熱效率

（2）若高溫?zé)嵩磦鳠岽嬖?0K溫差，絕熱膨脹不可逆性引起熵增0.25kJ/kg.K，低溫?zé)嵩磦鳠岽嬖?5K溫差，這時(shí)循環(huán)作功量、熱效率、孤立系熵增和作功能力損失。哪個(gè)參數(shù)才能正確評價(jià)能的價(jià)值

焓h1

=

h2p1p2w1w2w1

>w2哪個(gè)參數(shù)才能正確評價(jià)能的價(jià)值

內(nèi)能u1

=

u2p0p0w1w2w1

>w2三種不同品質(zhì)的能量

1、可無限轉(zhuǎn)換的能量如：機(jī)械能、電能、水能、風(fēng)能理論上可以完全轉(zhuǎn)換為功的能量高級能量

2、不能轉(zhuǎn)換的能量理論上不能轉(zhuǎn)換為功的能量

如：環(huán)境（大氣、海洋）

3、可有限轉(zhuǎn)換的能量理論上不能完全轉(zhuǎn)換為功的能量低級能量

如：熱能、焓、內(nèi)能（Ex）（An）（Ex+An）Ex與An

Ex的定義

當(dāng)系統(tǒng)由一任意狀態(tài)可逆地變化到與給定環(huán)境相平衡的狀態(tài)時(shí)，理論上可以無限轉(zhuǎn)換為任何其它能量形式的那部分能量，稱為Ex

100%相互轉(zhuǎn)換

功

能量中除了

Ex

的部分，就是

An

Ex作功能力Ex——作功能力

環(huán)境一定，能量中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分500

K100

kJ1000

K100

kJT0=293

KT0=293

K熱一律和熱二律的Ex含義

一切過程，Ex+An總量恒定熱一律：

熱二律：在可逆過程中，Ex保持不變

在不可逆過程中，部分Ex轉(zhuǎn)換為An

Ex損失、作功能力損失、能量貶值任何一孤立系，Ex只能不變或減少，不能增加——

孤立系Ex減原理

由An轉(zhuǎn)換為Ex不可能DecreaseofexergyprincipleTheexergyofanisolatedsystemduringaprocessalwaysdecreaseor,inthelimitingcaseofareversibleprocess,remainsconstant任何一孤立系，Ex只能不變或減少，不能增加——

孤立系Ex減原理

Inotherwords,itneverincreaseandexergyisdestroyedduringanactualprocess熱量的Ex與An

1、恒溫?zé)嵩碩下的

Q

ExQ:Q中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分

TST0ExQAnQ

卡諾循環(huán)的功

T熱量的Ex與An

2、變溫?zé)嵩聪碌?/p>

QTST0ExQAnQ

微元卡諾循環(huán)的功

熱量的Ex與An的說明

1、Q中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分，就是ExQTST0ExQAnQ2、

ExQ

=

Q-T0S

=

f(Q,T,T0

)Ex損失

3、單熱源熱機(jī)不能作功

T=T0,

ExQ=0

4、Q

一定，不同

T

傳熱,

Ex

損失，作功能力損失Q,T0一定，T

ExQT一定，Q

ExQ冷量的Ex與An

T

<

T0

的冷量Q2

,有沒有Ex

卡諾循環(huán)的功

T0T<T0Q1

WmaxQ2冷量的Ex與An的說明

實(shí)際上，只要系統(tǒng)狀態(tài)與環(huán)境的狀態(tài)有差別，就有可能對外作功，就有Ex

TST0TExQ2Q2冷量Ex可理解為:

T<T0,肯定是對其作功才形成的，而這個(gè)功（就是Ex）就儲存在冷量里了。閉口系統(tǒng)內(nèi)能的Ex與An

設(shè)一閉口系統(tǒng)（1kg），狀態(tài)為

u1,s1,T1,p1,v1ww’w’’T0exu=?經(jīng)某可逆過程，與環(huán)境達(dá)到平衡，狀態(tài)為u0,s0,T0,p0,v0，過程中放熱

,對外作功為w假定

通過可逆熱機(jī)作功

w’exu

=w’’=w+w’閉口系統(tǒng)內(nèi)能的Ex與Anww’w’’T0

熱一律：

熱二律：閉口系統(tǒng)內(nèi)能的Ex與Anww’w’’T0

內(nèi)能ex：(有用功)

克服環(huán)境壓力p0u1,s1,T1,p1,v1閉口系統(tǒng)內(nèi)能的Ex與An的說明

1）閉口系的內(nèi)能u1-u0，只有一部分是exu

內(nèi)能anu=T0(s1-s0)-p0(v1-v0)

2）當(dāng)環(huán)境p0,T0一定，exu是狀態(tài)參數(shù)

3）環(huán)境的內(nèi)能很大，但內(nèi)能ex=0

4）閉口系由1

2的可逆過程，工質(zhì)作的最大功閉口系統(tǒng)內(nèi)能的Ex舉例1kg空氣，由p1=50bar,t1=17oC,膨脹到p2=40bar,t2=17oC,已知p0=1bar,t0=17oC求：該膨脹過程對外界的最大有用功閉口系統(tǒng)內(nèi)能的Ex舉例1kg空氣，由p1=50bar,t1=17oC,膨脹到p2=40bar,t2=17oC,已知p0=1bar,t0=17oC求：該膨脹過程對外界的最大有用功穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex與Anwsws’

ws’’T0流量1kg的工質(zhì)，初態(tài)為h1,s1,c1,z1exh=?經(jīng)穩(wěn)定可逆流動，與環(huán)境達(dá)到平衡，狀態(tài)為h0,s0,c0,z0，過程中放熱為

,對外作功為ws假定

通過可逆熱機(jī)作功ws’

exh=

ws’’=ws+ws’1穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex與Anwsws’

ws’’T01

熱一律：

熱二律：

一般動、位能變化忽略

穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex與An的說明

1）穩(wěn)流工質(zhì)的焓h1-h0，只有一部分是exh

焓anh=T0(s1-s0)

2）當(dāng)環(huán)境p0,T0一定，exh是狀態(tài)參數(shù)

3）當(dāng)工質(zhì)狀態(tài)與環(huán)境相平衡，焓exh=0

4）由初態(tài)1

終態(tài)2的可逆過程，工質(zhì)作的最大功穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex舉例壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室t1=900℃p1=8.5bart2=477℃p2=1.03bart0=25℃p0=1.0barR=0.287kJ/kg.Kcp=1.10kJ/kg.K求:exh1,exh2燃?xì)廨啓C(jī)最大功穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex舉例可逆功Ex平衡、Ex效率、Ex損失熱力系統(tǒng)Ex效率Ex平衡動力裝置耗功裝置換熱設(shè)備加熱Ex.balance、Ex.efficiency、Ex.

destroyedEx損失與作功能力損失WsEx1Ex2

熱一律：

QT0Ex損失與作功能力損失

放熱

m熱1234m冷

吸熱

Ex損失與功減少

可逆絕熱膨脹

TsT0122’

不可逆絕熱膨脹

Ex損失

由于不可逆少作功

?

熱二律的表述?

熱二律的表達(dá)式?

熵?

孤立系熵增原理?Ex第四章小結(jié)Summary重點(diǎn)一般了解

Thequantityofenergyisalwayspreservedduringanactualprocess(thefirstlaw),butthequalityisboundtodecrease(thesecondlaw).Thisdecreaseinqualityisalwaysaccompaniedbyanincreaseinentropy.QualityandQuantity

例2,Ex解法0.8kg從65

℃降低到15℃,放