第章热力学第二定律和第三定律.ppt

如图，由于在封闭循环过程中热机总是要回到初态，热机本身没有净的熵变。 对于孤立的复合系统(包括热机、热源和功库)，高温热源吸热为 ?Q1，低温热源吸热为Q2，由熵增加原理可得总的熵变为 而 ，则 即 由此可得热机效率为 “”适用于不可逆过程， “＝”适用于可逆过程。 六、热机效率卡诺定理 1) 所有工作于两个一定温度之间的一切可逆热机，其效率都相等，都等于(1－T2/T1)，与工作物质的性质无关。 2) 所有工作于两个一定温度之间的一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率，即??(1－T2/T1)。 由此可得两个重要的结论： 这就是著名的卡诺定理，是卡诺在1824年提出来的。 卡诺定理指出了提高热机效率的方向： a) 提高T1，降低T2； b) 尽量接近卡诺循环。 实际热机的低温热源是大气或水，要降低T2 ，就要用制冷机，因此不如提高T1的方法合算。 七、温熵图 T S S1 S2 1 2 O 熵是态函数，若以T、S为态参量，则T～S图中任一点都代表系统的一个平衡态，任一条曲线都表示一个可逆过程，曲线下面积则代表系统从外界吸收的热量： T S M N a b O Q A 对任意循环过程曲线，其封闭曲线包围的面积就表示一次循坏过程中吸收的净热量，亦即系统所做的功： c d 则循环效率： m 卡诺循环是两个等温和两个绝热过程组成，绝热过程是等熵过程，则卡诺循环在T~S图中的过程曲线是一条封闭的矩形曲线。其效率 T O S S1 S2 T2 T1 n d b a c A Q1 Q2 如果T1、T2不变，只改变等温过程的“长度”，循环输出的有用功A会改变，但?c不变。 八、能量的品质 热机从高温热源吸收的热量，并不能全部用来对外界作功，作功的只是其中的一部分，另一部分传递给低温热源，即从高温热源吸收的热量，只有一部分被利用，其余部分能量被耗散到周围的环境中，成为不可利用的能量。 人们认为可利用的能量(资用能或可用能)越多，该能量的品质越好，反之则差。 提高热机的效率是提高能量品质的一种有效手段。 开发新的干净的能源是解决能量品质的另一途径。 熵增加的实质—— 能量退化 热传导： T1 T2 ?Q 借助另一低温热源T0，运转可逆卡诺热机 T0 ? Q ?A1 ?A2 ?T1 T2 ??A1?A2 资用能，即能量退化的程度与熵的增量成正比。 热源温度越高，它输出的热能转化为功的潜力就越大，即较高温的热能有较高的品质。 热量?Q从T1传到T2，总熵变为 热量?Q从T1传到T2，资用能或可用能损失为 ?T1 T2 ??S0 在热传导问题中，热力学第二定律：热量只能自动地从高温物体传给等温物体，而不能向相反的方向进行。 熵增加原理：孤立系统中进行的从高温物体向低温物体传递热量的热传导过程，是一个不可逆过程，在这个过程中熵要增加，当孤立系统达到温度平衡状态时，系统的熵具有最大值。 热力学第二定律与熵增加原理对热传导方向的叙述是等价的。熵增加原理的表达式就是热力学第二定律的数学表达式。 关于熵增加原理与热力学第二定律的说明 熵的增加是能量退化的量度。 当热量从高温热源不可逆地传递到低温热源时，尽管数量上守恒，但能量品质却降低了。 一切不可逆过程实际上都是能量品质降低的过程，热力学第二定律提供了估计能量品质的方法。 * * Ch.27 热力学第二定律和第三定律 大学物理学 山西大学物电学院 第二十七章 热力学第二定律与第三定律 The second and the third law of thermodynamics 热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化过程中必须遵循的规律，但并未限定过程进行的方向。 观察与实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，或者说是有方向性的。 对这类问题的解释需要一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即热力学第二定律。 对低温的研究，总结出了热力学第三定律 。 引 言 本章习题(共 7 题)：27-1～7。 热传导： T1 T2 T1T2 热量从系统1传到系统2 其反过程不会自动实现 热传导过程具有方向性。 气体的绝热自由膨胀： 气体绝热自由膨胀的过程具有方向性。 一切与热现象有关的实际宏观过程都具有方向性，其相反过程不可能自然发生。 过程中系统不吸热、不作功， 内能、温度不变，唯一的变化是体积增大 §27-1 热力学第二定律 一、可逆过程与不可逆过程 1.自发过程的方向性 自发过程：自然界，凡是无须外界作用