1、工程熱力學(xué),第五章 熱力學(xué)第二定律,本章考研要求 1.深刻理解熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)及其各種表述； 2. 熟練掌握第二定律各種形式的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其應(yīng)用。掌握卡諾循環(huán)，卡諾定理，孤立系統(tǒng)熵增原理，深刻理解熵的定義式及其物理意義 ； 3.掌握熱力循環(huán)各種經(jīng)濟評價指標(biāo)如：熱效率、制冷系數(shù)、供暖系數(shù)的意義、影響因素及計算 ； 4.熟練應(yīng)用熵方程，計算任意過程熵的變化，以及作功能力損失的計算。深入了解定熵效率的意義； 5.了解火用、火無 的概念。理解能量的可用性，能量“質(zhì)”與“量”的評價，了解火用效率。,第五章 熱力學(xué)第二定律（一）,考點一：自然過程進(jìn)行的方向性,無論向哪個方向傳熱都并不違反熱一定律,問題

2、：所有已經(jīng)發(fā)生的過程都遵守?zé)崃W(xué)第一定律， 所有遵守?zé)崃W(xué)第一定律的過程是否都能發(fā)生？,溫差傳熱過程,?,考點二: 熱力學(xué)第二定律的各種說法,“自發(fā)過程不可逆” 是熱力學(xué)第二定律最根本的說法。,6.熱力學(xué)第二定律N種說法的等效性證明,既然從不同側(cè)面描述的是同一事實，同一本質(zhì)，那么各種描述必然是等效的，僅僅是描述角度不同而已。,所謂說法等效指的是從一種說法能夠?qū)е铝硗庖环N說法。,考點二: 熱力學(xué)第二定律的各種說法,1）由開爾文-普朗克說法克勞修斯說法,應(yīng)用數(shù)學(xué)邏輯上的反證法證明。,假設(shè)克勞修斯說法不成立，即熱可以 由低溫傳向高溫而不產(chǎn)生任何其它變化。,正向循環(huán)熱機R，它從高溫?zé)嵩次鼰酫，向外界作

3、功W，并向低溫?zé)嵩捶艧酫-W,則這臺裝置運行的總效果是： 熱源:不變；熱力系:不變；功源:凈得功W 冷源:凈失熱Q-（Q-W）=W ；,考點二: 熱力學(xué)第二定律的各種說法,即機器從單一熱源（冷源）吸熱，并將所吸熱量全部轉(zhuǎn)換為功而未產(chǎn)生任何其它變化，這顯然違反了開爾文-普朗克說法。,結(jié)論：原設(shè)不成立，即克勞修斯說法成立。 命題得證。,考點二: 熱力學(xué)第二定律的各種說法,2）由克勞修斯說法開爾文-普朗克說法,仍用反證法證明。設(shè)開爾文-普朗克說法不成立。,即可以從單一熱源（冷源）吸熱，并將所吸熱 量全部轉(zhuǎn)換為功而不產(chǎn)生任何其它變化 。,則這臺裝置運行的總效果是： 熱源:凈得熱Q 冷源:凈失熱Q 功源

4、:不變 ；熱力系:不變,以此機為H，它從低溫?zé)嵩次鼰?Q，并全部轉(zhuǎn)化為W，再將W全部轉(zhuǎn)化為Q ，并向高溫?zé)嵩捶艧酫。,考點二: 熱力學(xué)第二定律的各種說法,即將熱量由低溫傳向高溫而未產(chǎn)生任何其它變化，這顯然違反了克勞修斯說法。,結(jié)論：原設(shè)不成立，即開爾文-普朗克說法 成立。 命題得證。,同理，可由熱力學(xué)第二定律任意一種說法另一種說法。,違背一種說法必定違背其它說法。,結(jié)論：熱力學(xué)第二定律各種不同的說法都是等效的。,“自發(fā)過程不可逆” 是熱力學(xué)第二定律最根本的說法。,考點二: 熱力學(xué)第二定律的各種說法,例5-1選擇題：經(jīng)過一個不可逆循環(huán) ，工質(zhì)不能恢復(fù)原來狀態(tài)。 A這種說法是錯的 B這種說法是正確

5、的 C這種說法在一定條件下是正確的 D無法判斷 （上海交通大學(xué)2003年考研試題）,A,例5-2選擇題：有位發(fā)明家聲稱他發(fā)明了一種機器，當(dāng)這臺機器完成一個循環(huán)時，吸收了100kJ的功，同時向單一熱源排出了100kJ的熱，這臺機器 。 A違反了第一定律； B違反了第二定律； C違反了第一定律和第二定律； D既不違反第一定律也不違反第二定律 （上海交通大學(xué)2001年考研試題）,B,考點二: 熱力學(xué)第二定律的各種說法,例5-3選擇題：某裝置完成一個可逆循環(huán)，循環(huán)的全部結(jié)果是：系統(tǒng)吸熱20kJ，同時對外做功20kJ，則該裝置 。 A違反熱力學(xué)第一定律； B違反熱力學(xué)第二定律； C違反熱力學(xué)第一、二定律

6、； D兩個定律都不違反 （南航2002年考研試題）,B,例5-4判斷并簡答題：工質(zhì)經(jīng)過一個可逆循環(huán) 恢復(fù)原來狀態(tài)后，其熱力學(xué)能恢復(fù)原值，但經(jīng)過不可逆循環(huán) ，恢復(fù)原來狀態(tài)后，因不可逆損失其熱力學(xué)能減少。（上海交通大學(xué)2008年考研試題）,例5-5判斷并簡答題：自發(fā)過程是不可逆過程，則非自發(fā)過程就是可逆過程。（西北工業(yè)大學(xué)2007年考研試題）,考點二: 熱力學(xué)第二定律的各種說法,例5-6分析證明題：使用熱力學(xué)第二定律證明，在狀態(tài)圖上（如p-v圖），可逆絕熱線與定溫線不可能相交于兩點。（南航2004年考研試題）,p,v,1,2,3,證：反證法，假設(shè)定熵線與定溫線可以交于兩點，則在p-v圖上畫出1-2

7、-3循環(huán)。,該循環(huán)可以從單一熱源（冷源）吸熱，并將所吸熱量全部轉(zhuǎn)換為功而不產(chǎn)生任何其它變化 。顯然違反了開爾文-普朗克說法。,結(jié)論：原設(shè)不成立，即可逆絕熱線與定溫線不可能相交于兩點。 命題得證。,秘笈：與熱二定律相關(guān)的東西都可以采用循環(huán)來復(fù)現(xiàn)。,考點二: 熱力學(xué)第二定律的各種說法,其實，假設(shè)“定熵線與定溫線可以交于兩點”還會引起其他矛盾，也可以用來證明該命題。低級的如1點具有兩個熵值，高級的如經(jīng)歷2-3定溫過程吸熱熵卻并不增加。只是題目要求用熱二定律證明。,例5-7簡答熱力學(xué)第二定律的表述、實質(zhì)、表達(dá)式及應(yīng)用。 （重慶大學(xué)2006年考研試題）,例5-8簡述熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)。 （北航2002年考研試題）,例5-9簡答題：熱力發(fā)動機都必須在高溫高壓下才能工作，只高溫不高壓行嗎？只高壓不高溫呢？低溫低壓行嗎？試解釋之。（西北工業(yè)大學(xué)2007年考研試題）,考點二: 熱力學(xué)第二定律的各種說法,p,v,例5-9簡答題：熱力發(fā)動機都必須在高溫高壓