第5章热力学第二定律.ppt
《第5章热力学第二定律.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第5章热力学第二定律.ppt(72页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第五章 热力学第二定律,本章知识点,理解热力学第二定律的实质、卡诺循环、卡诺定理、孤立系统熵增原理,深刻理解熵的定义式及其物理意义。 熟练应用熵方程、计算任意过程熵的变化以及作功能力损失的计算, 了解火用、火无 的概念。,本章重点(1),l深入理解热力学第二定律的实质,它的必要性。它揭示的是什么样的规律;它的作用。 2深入理解熵参数。为什么要引入熵。是在什么基础上引出的。怎样引出的。它有什么特点。 3系统熵变的构成。熵产的意义。熟练地掌握熵变的计算方法。,本章重点(2),4深入理解熵增原理,并掌握其应用。 5深入理解能量的可用性,掌握作功能力损失的计算方法,能量之间数量的关系,热力学第一定律,
2、能量守恒与转换定律,所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能自发进行,自发过程的方向性,自发过程: 不需要任何外界作用而自动进行的过程。,自然界自发过程都具有方向性,热量由高温物体传向低温物体 摩擦生热 水自动地由高处向低处流动 电流自动地由高电势流向低电势,自发过程的方向性,功量,自发过程具有方向性、条件、限度,摩擦生热,热量,100%,热量,发电厂,功量,40%,放热,热力学第二定律的实质,能不能找出共同的规律性? 能不能找到一个判据?,自然界过程的方向性表现在不同的方面,热力学第二定律,5-1 第二定律的表述与实质,热功转换 传热、制冷,热二律的表述有 60-70 种,1851年 开尔文
3、普朗克表述 热功转换的角度,1850年 克劳修斯表述 热量传递的角度,开尔文普朗克表述,不可能从单一热源取热,并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。,热机不可能将从热源吸收的热量全部转变为有用功,而必须将某一部分传给冷源。,冷热源:容量无限大,取、放热其温度不变,理想气体 T 过程,q = w,T,s,p,v,1,2,热机:连续作功 构成循环,1,2,有吸热,有放热,但违反了热 力学第二定律,热二律与第二类永动机,第二类永动机: 设想的从单一热源取热并使之完全变为功的热机。,这类永动机 并不违反热力 学第一定律,第二类永动机是不可能制造成功的!,环境是个大热源,第二类永动机?,如果三峡水电站
4、用降温法发电,使水 温降低5C,发电能力可提高11.7倍。,设水位差为180米,重力势能转化为电能:,mkg水降低5C放热:,第一类永动机?,定义:不消耗能量而连续作功。 违背了热力学第一定律!,克劳修斯表述,不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。,热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。,空调,制冷,代价:耗功,两种表述的关系,开尔文普朗克 表述,完全等效!,克劳修斯表述:,违反一种表述,必违反另一种表述!,5-2 卡诺循环与卡诺定理,法国工程师卡诺 (S. Carnot), 1824年提出,热机能达到的最高效率是多少?,热二律奠基人,卡诺循环效率最高,S. 卡诺 N
5、icolas Leonard Sadi Carnot (1796-1832)法国人 热二律奠基人,卡诺循环 理想可逆热机循环,卡诺 循环 示意 图,4-1绝热压缩过程,对内作功,1-2定温吸热过程, q1 = T1(s2-s1),2-3绝热膨胀过程,对外作功,3-4定温放热过程, q2 = T2(s2-s1),卡诺循环热机效率,卡诺循环热机效率,q1,q2,w, t,c只取决于恒温热源T1和T2 而与工质的性质无关;,卡诺循环热机效率的说明, T1 t,c , T2 c ,温差越大,t,c越高, 当T1=T2, t,c = 0, 单热源热机不可能, T1 = K, T2 = 0 K, t,c
6、100%, 热二律,T0 c,卡诺逆循环卡诺制冷循环,T0,T2,制冷,q1,q2,w,T2 c,T1 ,卡诺逆循环卡诺制热循环,T0,T1,制热,q1,q2,w,s2,s1,T0 ,卡诺定理 热二律的推论之一,定理:在两个不同温度的恒温热源间工作的 所有热机,以可逆热机的热效率为最高。,卡诺提出:卡诺循环效率最高,即在恒温T1、T2下,结论正确,但推导过程是错误的,当时盛行“热质说”,1850年开尔文,1851年克劳修斯分别重新证明,卡诺定理推论一,在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆热机,具有相同的热效率,且与工质的性质无关。,Q1,Q1,Q2,Q2,WR1,求证: tR1 = tR2
7、,由卡诺定理,tR1 tR2 tR2 tR1,WR2,只有: tR1 = tR2,与工质无关,卡诺定理推论二,在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆热机,其热效率总小于这两个热源间工作的可逆热机的效率。,Q1,Q1,Q2,Q2,WIR,前面已证: tIR tR,只要证明 tIR = tR,反证法,假定:tIR = tR,令 Q1 = Q1 则 WIR = WR,工质循环、冷热源均恢复原状,外界无痕迹,只有可逆才行,与原假定矛盾。, Q1- Q1 = Q2 - Q2= 0,WR,卡诺定理小结,1、在两个不同 T 的恒温热源间工作的一切 可逆热机 tR = tC,2、多热源间工作的一切可逆热机
8、 tR多 同温限间工作卡诺机 tC,3、不可逆热机tIR 同热源间工作可逆热机tR tIR tR= tC,卡诺定理的意义,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,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。,卡诺定理举例,A 热机是否能实现,1000 K,300 K,A,2000 kJ,800 kJ,1200 kJ,可能,如果:W=1500 kJ,1500 kJ,不可能,500 kJ,5-3 克劳修斯不等式,5-3 克劳修斯不等式 5-4 熵 5-5 孤立系熵增原理 围绕方向性问题,不等式,热二律推论之一 卡诺定理给出热
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 热力学第二定律
链接地址:https://www.31doc.com/p-2606716.html