工程热力学第五章（2018）.pdf
第五章热力学第二定律
热力学第一定律没涉及到以下两方面的问题：
1、热力学第一定律强调的是能量在数量上的守恒，
没有考虑到不同类型的能量在作功能力上的差别；
2、热力学第一定律不能判断热力过程的方向性。
第一节热力学第二定律的实质及表述
一、自发过程与非自发过程
1.一杯热水热量：水→空气（自发过程）
2.运动的机械摩擦生热，功量→热量（自发过程）
3.高压容器中的气高压→低压（自发过程）
体
以上过程可否反向进行，若行是否需要条件？
4.功量→热量（无条件，100%），热量→功量
（≠100%）
归纳：
（1）过程总是自发地沿着一定的方向进行。
(称为自发过程，否则称为非自发过程)
（2）一个非自发过程的进行，必须有另外的自
发过程来推动，或者说必须以另外的自发过
程的进行为代价，作为补偿条件。
热量Q中一部分转换成功W，伴随
1
另一部分Q传给低温热源T(自发
22
过程)，作为补偿条件。
（3）在一定条件下，能量的有效转换是具有其最
大限度的，而热机的热效率在一定条件下也具
有理论上的最大值。
研究过程进行方向、条件和限度正是热力学第二
定律的任务。
二、热力学第二定律的经典表述
克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温
物体而不引起其他变化。
从温差传热（能量传递）的角度对热二律进行表述。
开尔文—普朗克表述：不可能制造只从一个热源取
热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发
动机。
从能量转换的角度对热力学第二定律进行表述。
两种说法是等效的。
克劳修斯(R.J.E.Clausius，1822～1888年)，
德国物理学家。他是气体动理论和热力学
的主要奠基人之一，是历史上第一个精确
表示热力学第一、二定律的科学家。
开尔文（1824～1907）英国物理学家、
发明家。开尔文是热力学的主要奠基人
之一。1848年创立了热力学温标。
1851年他提出热力学第二定律，1852年
他与焦耳合作发现了焦耳－汤姆孙效应。
第一类永动机：违反能量守恒定
律的机械。
热一律可表述成第一类永动机
是不可能实现的。
第二类永动机：违反热力学
第二定律的机械。
无温差地使物体具有的热力
学能全部转换成功的机械。
热二律可表述成第二类永动
机是不可能实现的。
第二节卡诺循环与卡诺定理
热力学第二定律的两种表述仅停留在经验的总结上，不具
备理论的品格，
卡诺循环的提出和证明推进了热力学第二定律向理论和抽
象的发展。
一、卡诺循环
1、卡诺循环提出
问题：在恒温高温热源T和低温热源T条件下，循
12
环吸收的热量最大能转变为多少功？
可逆循环可将热量最大程度的转化成功。
可逆循环：
（1）运动无摩擦。
（2）传热无温差。
无温差吸热、放热。即工
质的温度等于热源温度。
作功或耗功（有温度变化）
时可逆绝热（定熵过程）。
2、卡诺循环
a-b定温吸热过程，q=T(s-s)
11ba
b-c绝热膨胀过程，对外作功
c-d定温放热过程，q=T(s-s)
22cd
d-a绝热压缩过程，对内作功
wqTsT