热力学第二定律PPT课件
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逆向卡诺热泵循环的供 暖系数为
c' w qn 1e t q1q 1q2T1T 1T2 54
四、多热源的可逆循环
www.cqut.edu.cn
可逆循环e-h-g-l-e的热效率
t
1q2' q1'
1 Sglemng Sehgnme
卡诺循环ABCDA的热效率
c
1q2 q1
1SCDmnC SABnmA
t 1q q1 21T T1 2c52
概括性卡诺循环的热效率与卡诺循环相同。
利用工质排出的部分热量来加热工质本身的方法 称为回热。
三、逆向卡诺循环
www.cqut.edu.cn
定义：按与卡诺循环相同的路线而循反方向进行的 循环。
逆向卡诺制冷循环的制 冷系数为
cw qn 2et q1q 2q2T1T 2T2 53
（3）不可逆是自发过程的重要特征和属性。
能量转换方向性的实质是能质有差异
www.cqut.edu.cn
无限可转换能量——机械能和电能 部分可转换能量——热能 T T0 不可转换能量——环境介质的热力学能
www.cqut.edu.cn
能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件—— 补偿过程，其总效果是总体能质降低。
2、有限温差传热
只要Qin不大于Qout，并不违 反热力学第一定律。
可见，有限温差传热是在温度差作用下进行的非准 平衡过程。 有限温差传热是不可逆过程。
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3、自由膨胀
可见，自由膨胀是在压力差作用下进行的非准平衡 过程。 自由膨胀是不可逆过程。
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d-a为可逆绝热压缩；
a-b为可逆定温吸热；
b-c为可逆绝热膨胀；
c-d为可逆定温放热。
www.cqut.edu.cn
循环热效率为
t
wnet1q2
q1
q1
a
a-b、c-d是可逆定温过程，其热量计算式为
q1
RgT1
lnvb va
b
q2
RgT2
lnvc vd
c
b-c、d-a是绝热过程，其状态参数间的关系为
Q 1Q 2 W net
代价
Q2
T1 T2
代价
Q2
T2 T1
W ne t Q 1Q 2
二、热力学第二定律的表述与实质
www.cqut.edu.cn
1、热力学第二定律的克劳修斯说法：
热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温 物。 从热量传递方向性的角度提出。
2、热力学第二定律的开尔文说法：
（3）当T1=T2时，循环热效率为零。
（4）奠定了热力学第二定律的理论基础。
（5）为提高各种热动力机械的热效率指出了方向。
二、概括性卡诺循环
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双热源间的极限回热循环由两个可逆定温过程， 以及两个同类型的其他可逆过程组成。
q1 T1sab
q2T2sdcT2sab
w n eq 1 t q 2 T 1 T 2 s ab
不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功 而不留下其他任何变化的热力发动机。
从热能转化为机械能的角度提出。
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3、热力学第二定律还可以表述为：
第二类永动机是不存在的。
4、热力学第二定律的各种表述实质上是统一的，等 效的。
讨论：理想气体进行定温膨胀时，从单一热源吸入的 热量等于对外作出的功。 是否违反热力学第二定律？ qT wRgTlnvv12
4、混合过程
可见，混合过程是在浓度差作用下进行的非准平衡 过程。 混合过程是不可逆过程。 非准平衡过程是造成过程不可逆的另一因素。
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说明：
（1）自然过程中凡是能够独立地、无条件自动进行 的过程，称为自发过程。
（2）另一类不能独立地自动进行而需要外界帮助作 为补充条件的过程，称为非自发过程。
注意：功和机械能是等价的，热能和机械能存在质的 差别。
5.2 卡诺循环与卡诺定理
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一、卡诺循环 二、概括性卡诺循环 三、逆向卡诺循环 四、多热源的可逆循环 五、卡诺定理
一、卡诺循环
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卡诺循环是工作于温度分别为T1和T2的两个热源 之间，并由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组 成的正向循环。
第五章 热力学第二定律
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The second law of thermodynamics
▪ 5.1热力学第二定律 ▪ 5.2卡诺循环与卡诺定理 ▪ 5.3状态参数熵的导出 ▪ 5.4热力学第二定律的数学表达式 ▪ 5.5不可逆过程分析 ▪ 5.6熵增原理
源自文库
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热力学第一定律说明了能量在传递和转化时的数 量关系,未能表明能量传递或转化时的方向、条件和 限度。
热力学第二定律就是解决与热现象有关的过程进行 的方向、条件和限度等问题的规律，其中最根本的是 方向问题。
5.1 热力学第二定律
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一、自然过程的方向性 1、功热转化
重物下落，水温升高; 水温下降，重物升高？
只要重物位能增加小于等于水 内能减少，不违反热力学第一 定律。
可见，功可以自发地转为热，而热不可能自发地转 为功。 耗散效应是造成过程不可逆的因素之一。
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电流通过电阻，产生热量； 对电阻加热，电阻内产生反向电流？ 只要反向电能不大于加入热能，不违反热力学第一定律。
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q 1'q 1,q 2'q 2 tc
结论：工作于两个热源间的一切可逆循环（包括卡诺 循环）的热效率高于相同温限间多热源的可逆循环。
五、卡诺定理
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以理想气体为工质的卡诺循环和概括性卡诺循环的
热效率相同，同为
c
1 T2 T1
在两个热源间工作的一切可逆循环的热效率是否相 同？如果采用其他工质呢？不可逆循环的热效率又如 何？
这些正是卡诺定理要阐明的问题。
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定理一：在两个不同温度的恒温热源之间工作的一切 可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关， 与采用哪一种工质也无关。
T1 T2
Tb Tc
vc vb
k1
k1
T1 T2
Ta Td
vd va
vc vd d
vb va
卡诺循环的热效率为：
c
1T2 T1
51
分析：
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c
1T2 T1
51
（1）卡诺循环的热效率只决定于高温热源和低温热 源的温度，也就是工质吸热和放热时的温度。
（2）卡诺循环的热效率只能小于1，决不可能等于1， 更不可能大于1。
c' w qn 1e t q1q 1q2T1T 1T2 54
四、多热源的可逆循环
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可逆循环e-h-g-l-e的热效率
t
1q2' q1'
1 Sglemng Sehgnme
卡诺循环ABCDA的热效率
c
1q2 q1
1SCDmnC SABnmA
t 1q q1 21T T1 2c52
概括性卡诺循环的热效率与卡诺循环相同。
利用工质排出的部分热量来加热工质本身的方法 称为回热。
三、逆向卡诺循环
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定义：按与卡诺循环相同的路线而循反方向进行的 循环。
逆向卡诺制冷循环的制 冷系数为
cw qn 2et q1q 2q2T1T 2T2 53
（3）不可逆是自发过程的重要特征和属性。
能量转换方向性的实质是能质有差异
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无限可转换能量——机械能和电能 部分可转换能量——热能 T T0 不可转换能量——环境介质的热力学能
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能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件—— 补偿过程，其总效果是总体能质降低。
2、有限温差传热
只要Qin不大于Qout，并不违 反热力学第一定律。
可见，有限温差传热是在温度差作用下进行的非准 平衡过程。 有限温差传热是不可逆过程。
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3、自由膨胀
可见，自由膨胀是在压力差作用下进行的非准平衡 过程。 自由膨胀是不可逆过程。
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d-a为可逆绝热压缩；
a-b为可逆定温吸热；
b-c为可逆绝热膨胀；
c-d为可逆定温放热。
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循环热效率为
t
wnet1q2
q1
q1
a
a-b、c-d是可逆定温过程，其热量计算式为
q1
RgT1
lnvb va
b
q2
RgT2
lnvc vd
c
b-c、d-a是绝热过程，其状态参数间的关系为
Q 1Q 2 W net
代价
Q2
T1 T2
代价
Q2
T2 T1
W ne t Q 1Q 2
二、热力学第二定律的表述与实质
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1、热力学第二定律的克劳修斯说法：
热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温 物。 从热量传递方向性的角度提出。
2、热力学第二定律的开尔文说法：
（3）当T1=T2时，循环热效率为零。
（4）奠定了热力学第二定律的理论基础。
（5）为提高各种热动力机械的热效率指出了方向。
二、概括性卡诺循环
www.cqut.edu.cn
双热源间的极限回热循环由两个可逆定温过程， 以及两个同类型的其他可逆过程组成。
q1 T1sab
q2T2sdcT2sab
w n eq 1 t q 2 T 1 T 2 s ab
不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功 而不留下其他任何变化的热力发动机。
从热能转化为机械能的角度提出。
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3、热力学第二定律还可以表述为：
第二类永动机是不存在的。
4、热力学第二定律的各种表述实质上是统一的，等 效的。
讨论：理想气体进行定温膨胀时，从单一热源吸入的 热量等于对外作出的功。 是否违反热力学第二定律？ qT wRgTlnvv12
4、混合过程
可见，混合过程是在浓度差作用下进行的非准平衡 过程。 混合过程是不可逆过程。 非准平衡过程是造成过程不可逆的另一因素。
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说明：
（1）自然过程中凡是能够独立地、无条件自动进行 的过程，称为自发过程。
（2）另一类不能独立地自动进行而需要外界帮助作 为补充条件的过程，称为非自发过程。
注意：功和机械能是等价的，热能和机械能存在质的 差别。
5.2 卡诺循环与卡诺定理
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一、卡诺循环 二、概括性卡诺循环 三、逆向卡诺循环 四、多热源的可逆循环 五、卡诺定理
一、卡诺循环
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卡诺循环是工作于温度分别为T1和T2的两个热源 之间，并由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组 成的正向循环。
第五章 热力学第二定律
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▪ 5.1热力学第二定律 ▪ 5.2卡诺循环与卡诺定理 ▪ 5.3状态参数熵的导出 ▪ 5.4热力学第二定律的数学表达式 ▪ 5.5不可逆过程分析 ▪ 5.6熵增原理
源自文库
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热力学第一定律说明了能量在传递和转化时的数 量关系,未能表明能量传递或转化时的方向、条件和 限度。
热力学第二定律就是解决与热现象有关的过程进行 的方向、条件和限度等问题的规律，其中最根本的是 方向问题。
5.1 热力学第二定律
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一、自然过程的方向性 1、功热转化
重物下落，水温升高; 水温下降，重物升高？
只要重物位能增加小于等于水 内能减少，不违反热力学第一 定律。
可见，功可以自发地转为热，而热不可能自发地转 为功。 耗散效应是造成过程不可逆的因素之一。
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电流通过电阻，产生热量； 对电阻加热，电阻内产生反向电流？ 只要反向电能不大于加入热能，不违反热力学第一定律。
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q 1'q 1,q 2'q 2 tc
结论：工作于两个热源间的一切可逆循环（包括卡诺 循环）的热效率高于相同温限间多热源的可逆循环。
五、卡诺定理
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以理想气体为工质的卡诺循环和概括性卡诺循环的
热效率相同，同为
c
1 T2 T1
在两个热源间工作的一切可逆循环的热效率是否相 同？如果采用其他工质呢？不可逆循环的热效率又如 何？
这些正是卡诺定理要阐明的问题。
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定理一：在两个不同温度的恒温热源之间工作的一切 可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关， 与采用哪一种工质也无关。
T1 T2
Tb Tc
vc vb
k1
k1
T1 T2
Ta Td
vd va
vc vd d
vb va
卡诺循环的热效率为：
c
1T2 T1
51
分析：
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c
1T2 T1
51
（1）卡诺循环的热效率只决定于高温热源和低温热 源的温度，也就是工质吸热和放热时的温度。
（2）卡诺循环的热效率只能小于1，决不可能等于1， 更不可能大于1。