【VIP专享】石油大学热工学第2章-4-状态参数熵
石油大学热工学第2章1基本概念
（三）状态参数和基本状态参数
1、状态参数 1
a
2
—用于描述工质所处状态的宏观物理量。 b
—如压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等。
状态参数的特征：
1）状态确定，则状态参数也确定；反之亦然。
2）状态参数的积分特征：状态参数的变化只取决于给定的初态 与终态，而与中间所经历的一切中间状态或路径无关 。
例：R134a的维里型状态方程
pr Tr r / Zc (a1 a2 / Tr a3 / Tr2 a4 / Tr4 )r2
(a5 a6 / Tr a7 / Tr2 a8 / Tr4 a9 / Tr5 a10 / Tr6 a11 / Tr7 )r3
压力p测量
—压力计（压力表或真空表）
—处于大气环境中，测量值为工质绝对压力与环境压 力的差值。
真
空
表
度
测量值
压
力
压力表
真空表
当 p > pb 当 p < pb
表压力与真空度
表压力 pg 真空度 pv
p pg pb
p pb pv
pg
p
pv
pb
大气压力
p
pⅠ= pb+pC
环境压力：压力表所处环境的压力。
多元系 相态 单相
多相
2. 工质
定义：用来实现能量相互转换的媒介物质。
工质是实现能量转换必不可缺少的内部条件。
要求: 1）膨胀性 2）流动性 3）热容量 4）稳定安全性
5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
物质三态中，气态最适宜。
例如：空气、燃气、烟气、水蒸气、氟里昂等都是常用的工质。
中国石油大学热工基础典型问题第二章 热力学第一定律
工程热力学与传热学第二章热力学第一定律典型问题分析典型问题一.基本概念分析1等量空气从相同的初态出发，分别经过可逆绝热过程A和不可逆绝热过程B到达相同的终态，分析空气的热力学能变化：ΔU A, ΔU B的关系。
2自然界中发生的一切过程都必须遵守能量守恒定律，反之，遵守能量守恒与转换定律的一切过程都可以自发进行。
3系统中工质经历一个可逆定温过程，由于没有温度变化，故该系统中工质不能与外界交换热量。
4封闭热力系内发生可逆定容过程时，系统一定不对外作容积变化功。
5封闭热力系中，不作膨胀功的过程一定是定容过程。
6气体膨胀时一定对外作功。
7工质吸热后一定会膨胀。
8根据热力学第一定律，任何循环的净热量等于该循环的净功量。
9热力过程中，工质向外界放热，其温度必然降低。
10工质从同一初态出发，分别经历可逆过程和不可逆过程达到相同的终态，则两过程中工质与外界交换的热量相同。
11工质所作的膨胀功与技术功，在某种条件下，两者的数值会相等。
12功不是状态参数，热力学能与推动功之和也不是状态参数。
13焓是状态参数，对于闭口系统，其没有物理意义。
14流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关。
二.计算题分析1一个装有2kg工质的闭口系统经历了如下过程：过程中系统散热25kJ，外界对系统作功100kJ，比热力学能减少15kJ/kg，而且整个系统被举高1000m。
试确定过程中系统动能的变化。
2一活塞汽缸中的气体经历了两个过程，从状态1到状态2，气体吸热500kJ，活塞对外做功800kJ。
从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为400kPa，气体向外散热450kJ。
并且已知U1=2000kJ，U3=3500kJ，试计算2-3过程中气体体积的变化。
3已知新蒸汽进入汽轮机时的焓h1=3232kJ/kg，流速c f1=50m/s，离开汽轮机的排汽焓h2=2302kJ/kg，流速c f2=120m/s，散热损失和进出口位置高度差可忽略不计。
中国石油大学热工基础典型问题第二章 热力学第一定律
工程热力学与传热学第2章热力学第一定律典型问题分析典 型 问 题1. 基本概念分析1 等量空气从相同的初态出发，分别经过可逆绝热过程A和不可逆绝热过程B到达相同的终态，分析空气的热力学能变化：ΔU A, ΔU B的关系。
2 自然界中发生的一切过程都必须遵守能量守恒定律，反之，遵守能量守恒与转换定律的一切过程都可以自发进行。
3 系统中工质经历一个可逆定温过程，由于没有温度变化，故该系统中工质不能与外界交换热量。
4 封闭热力系内发生可逆定容过程时，系统一定不对外作容积变化功。
5 封闭热力系中，不作膨胀功的过程一定是定容过程。
6 气体膨胀时一定对外作功。
7 工质吸热后一定会膨胀。
8 根据热力学第一定律，任何循环的净热量等于该循环的净功量。
9 热力过程中，工质向外界放热，其温度必然降低。
10 工质从同一初态出发，分别经历可逆过程和不可逆过程达到相同的终态，则两过程中工质与外界交换的热量相同。
11 工质所作的膨胀功与技术功，在某种条件下，两者的数值会相等。
12 功不是状态参数，热力学能与推动功之和也不是状态参数。
13 焓是状态参数，对于闭口系统，其没有物理意义。
14 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关。
2. 计算题分析1 一个装有2kg工质的闭口系统经历了如下过程：过程中系统散热25kJ，外界对系统作功100kJ，比热力学能减少15kJ/kg，而且整个系统被举高1000m。
试确定过程中系统动能的变化。
2 一活塞汽缸中的气体经历了两个过程，从状态1到状态2，气体吸热500kJ，活塞对外做功800kJ。
从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为400kPa，气体向外散热450kJ。
并且已知U1=2000kJ，U3=3500kJ，试计算2-3过程中气体体积的变化。
3 已知新蒸汽进入汽轮机时的焓h1=3232kJ/kg，流速c f1=50m/s，离开汽轮机的排汽焓h2=2302kJ/kg，流速c f2=120m/s，散热损失和进出口位置高度差可忽略不计。
石油大学热工学第2章-2-第一定律
内热能
Q - U = W
热能
热功转换的基本原理和关系：
体积变化功 —膨胀功
机械能
热能转变为机械能必须通过工质体积的 膨胀才能实现。
闭口系能量方程是热力学第一定律的基本表达式。
对于可逆过程
w = pdv w = pdv
1kg工质 1kg工质 mkg工质
W = pdV
适用条件：
q = du + pdv q = u + pdv Q = U + pdV
Q dEsy (e2m2 e1m1 ) Wtot
（二）流动功
如图开口系统。为使工质流入系统，外界必须对工质做功。 推动功—为把流体推入系统，外界必须克服系统内阻力做的功。
A1 Ⅰ l p1 1 1 V1，m1
进口截面1-1：外界所做的推动功 Wpush1=(p1A1)l1=p1（A1l1）=p1V1 对于系统，则Wpush1= - p1V1 出口截面2-2：系统对外做推动功 Wpush2= p2V2 =工质进出系统所做推动功的代数和。
则
U=Q=80kJ
讨论：
(1)本题再次说明在解决能量转换问题时，必须首先 确定系统。 系统不同，与外界进行的能量交换形式不同，能量 方程的形式也有可能不同。 (2)本题中通过电热器向蒸汽输入80kJ的能量， 方法一：作为功量，外界对系统做功，值为“负”； 方法二：作为热量，系统从外界吸热，值为“正”。 解题时应注意对功量和热量 “正”、“负”号的约 定。 (3)本题工质是蒸汽，上题工质是气体，均使用能量方 程式Q = U + W ，说明对工质无限制。
w f p2v2 p1v1
热力学课件 第2章熵与热力学第二定律
kldu : 下行与上行管之间基于长度的传热系数 kle：两管与大地的传热系数（基于长度） T：土壤温度
第二章 熵函数与热力学第二定律
1、 热力学第二定律表述 2、 熵函数 3、熵的性质与计算 4、 能量的可用性,佣分析 5、不可逆损失与绝热系熵增 6、节能技术简介
从b点作一条等容线与另一条绝热线相
交c点。abc三点连线构成一个循环，
c
显然循环的面积不为零。即有循环功
和热，由于ab和ca都是绝热过程，bc
b
为等容过程，应从外界吸热，即循环
V
净功等于循环净热，此乃单热源热机，
不可能的。
q du w du 0 q w
2.2 熵函数 Entropy（熵）:
WA C41 4
（B）若有一个粒子处于能级5，则有一个粒 子处于能级1，可能的情况为：
WB C41C31 4 3 12
（Ｃ）若一个粒子位于能级４，则有两种情况。 一个位于能级２，两个位于能级０；两个位于 能级１，一个位于能级０。
WC C41C31 12
4 1,2 1,0 2
WD C41C32 12 WE C41C31C21 24 WF C42C22 6
dH TdS Vdp
A U TS dA dU TdS SdT TdS pdV TdS SdT
SdT pdV
G H TS dG SdT Vdp
内能与熵的关系
dU TdS Fidxi
dU
U S
x1x2 ...xN
dS
U
xi
dxi
xj (i j)S
所以
T
U S
dS Q
T
克劳修斯的定义中温度为 热源温度。
大学物理热力学第二定律 熵-17页PPT资料
所以
（不(A B R可T 1Q ）逆 ）（A (B R可T 2Q )逆 ）SBSA （不T Q 可 逆d）S
R2 （可逆）
V
总之，
Q 0
等号适用于可逆过程
SB SA
BQ
AT
T
及 dS Q
T
对孤立系统： S0 熵增加原理
不等号适用于不可逆过程 克劳修斯不等式
T1
T2
Q
T1
1
Q1
A2
Q2
T2
不 可 逆 机
E2
可逆
h1
1T0 T1
A1 Q1
不可逆
h2
1T0 T2
A2 Q1
T1 T2 h1 h2
A1 A2
（同样的Q1，可逆机利用率高） 退降能量 E A A 1 A 2
T0
Q 1(h1h2)
不可逆过程不断产生熵
22 热力学第二定律 熵
热力学第二定律主要讨论热力学过程自动进行的方向问题
22.1自然过程的方向
一、自然过程的方向
例：
1. 功热转换： 热自动的全部转换为功
不可能
2. 热传导： 热量自动从低温物体传到高温物体
不可能
3. 气体的绝热自由膨胀：气体绝热自由收缩
不可能
一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.
重物下落dh,水温上升dT
吸收热量所能做的最大功 dAMgd卡 h
Mgd(1h T0 )
TdT
退降能量 dE MgM dhg(1 dh T0 )
MgdhT0
TdT
T
dScmlnTdT TdT
前面已得
dT
S2
化工热力学第二章答案
化工热力学第二章答案
化工热力学是研究化学体系热力学性质及其变化规律的一门学科，是化学工程学的重要基础学科。
在化工热力学的学习中，第二章是一个基础的章节，主要介绍了熵的基本概念、状态函数以及热力学第二定律等内容。
首先，我们来谈谈熵的概念。
熵是一个描述系统无序程度的物理量，是热力学中的一个基本概念。
熵的单位是焦耳每开尔文（J/K），表示系统在一个可逆过程中吸收的热量与温度之积的比值。
我们可以将熵理解为一个系统的混乱程度，系统越混乱，熵就越大。
接着，我们谈谈状态函数。
状态函数是描述一个物理系统状态的函数，其值只与系统的当前状态有关，与系统的路径无关。
在热力学中，熵就是一个状态函数。
这就意味着，无论系统的变化如何，系统的熵值总是保持不变的。
这种性质使得熵成为了热力学中非常重要的一个概念。
最后，我们来讲述一下热力学第二定律。
热力学第二定律是热力学中的一个基本定律，它规定了热在现实过程中的流动方向。
热力学第二定律有许多不同的表述方法，其中最著名的一种是克
劳修斯表述。
克劳修斯表述规定，在闭合系统中，熵总是增加的，而不会减少。
也就是说，在一个中气体扩散，热量流到低温区域
的过程中，总是熵增加。
总之，熵、状态函数以及热力学第二定律都是化工热力学中非
常基础的概念和定律。
掌握好这些概念和定律，可以帮助我们更
好地理解化学过程和物理过程中的热力学变化，也可以更好地进
行热力学分析和计算。
石油大学热工学第2章-4-状态参数熵
dS
Qre
T
熵是由热力学第二定律导出的状态参数。
1．熵的导出
对于卡诺循环 QL TL C 1 1 QH TH
QH QL 0 TH TL
( Q取代数值）
QH QL TH TL
QH QL 0 TH TL
（Q取绝对值）
在卡诺循环中，工质与 热源交换的热量除以热源 的热力学温度所得商的代 数和等于零。
2 b1
T
0
可逆过程2-b-1
Q
2 b1
T
S1 S2
Q
1a 2
T
( S1 S2 ) 0
S2 S1
Q
1a 2
T
任意过程
S S2 S1
Q
Q
1a 2
T
微元过程 dS T
Q
T
“=” 可逆 “>” 不可逆
判断过程能否进行、是否可逆的判别式：
2、开尔文说法 不可能从单一热源取热使之完全转变为功 而不产生其它影响。
卡诺循环与卡诺定理
热效率是100%的热机是造不成的。 具有两个热源的最简单热机的热效率最 高极限是多少？
（一）卡诺循环
——理想可逆热机循环
1-2定温吸热过程； 2-3可逆绝热膨胀过程； 3-4定温放热过程；
卡诺循环热机效率：
S S
S
或 dS 或 dS
或 dS
Q
T
可逆过程 不可逆过程 不可能发生的过程
Q
T
Q
T
Q
T
Q
T
不可逆过程 dS
Q
T
在不可逆过程中熵的变化dS大于 过程中工质与热源的换热量除以热 源温度Q/T 。 差值称为熵产，用dSg表示。
中国石油大学第二章--导热基本定律及稳态导热PPT课件
分子质量小的气体（H2、He）导热系数较大 — 分 子运动速度高
-
12
-
13
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14
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15
2、液体的导热系数
液 体0.07~0.7W(m oC) 20oC: 水0.6W(moC)
液体的导热：主要依靠晶格的振动
晶格：理想的晶体中分子在无限大空间里排列成周 期性点阵，即所谓晶格
-
16
大多数液体（分子量M不变）：
第二章 导热基本定律及稳态导热
1
-
第一节 导热的基本概念和定律
一、温度场 定义：某一瞬间，物体内各点温度分布的集合或总称。
一般情况下，温度场可以表示成t=f(x,y,z, τ) 其中，x,y,z--空间坐标函数 τ--时间坐标函数
如果温度分布不随时间变化，称之为稳定 温度场。稳态温度场下的导热称稳态导热。
（ 1 ）蜂窝固体结构的导热 （ 2 ）穿过微小气孔的导热
更高温度时： （ 1 ）蜂窝固体结构的导热 （ 2 ）穿过微小气孔的导热和辐射
-
26
超级保温材料 采取的方法： （1）夹层中抽真空（减少通过导热而造成热损失） （2）采用多层间隔结构（ 1cm 达十几层） 特点：间隔材料的反射率很高，减少辐射换热，
T
水和甘油等强缔合液体，在不同温度下，热导率随温 度的变化规律不一样
液体的导热系数随压力p的升高而增大
p
-
17
18
-
19
-
3、固体的导热系数 (1) 金属的导热系数：
金 属12~418W(m oC)
纯金属的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动 主要依靠前者
银铜金铝 T
晶格振动的加强干扰自由电子运动
热力学基本状态参数
热力学基本状态参数功和热量1-1 工质和热力系一、工质、热机、热源与冷源1、热机（热力发动机）：实现热能转换为机械能的设备。
如:电厂中的汽轮机、燃气轮机和内燃机、航空发动机等。
2、工质:实现热能转换为机械能的媒介物质。
对工质的要求:1）良好的膨胀性; 2）流动性好；3）热力性质稳定,热容量大；4）安全对环境友善；5）价廉，易大量获取。
如电厂中的水蒸汽；制冷中的氨气等。
问题：为什么电厂采用水蒸汽作工质？3、高温热源：不断向工质提供热能的物体（热源）。
如电厂中的炉膛中的高温烟气4、低温热源：不断接收工质排放热的物体（冷源）如凝汽器中的冷却水二、热力系统1、热力系统和外界概念热力系:人为划分的热力学研究对象(简称热力系）。
外界:系统外与之相关的一切其他物质。
边界:分割系统与外界的界面。
在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。
边界可以是实际的、假想的、固定的，或活动的。
注意:热力系的划分，完全取决于分析问题的需要及分析方法的方便。
它可以是一个设备（物体），也可以是多个设备组成的系统。
如：可以取汽轮机内的空间作为一个系统，也可取整个电厂的作为系统。
2、热力系统分类按系统与外界的能量交换情况分1）绝热系统：与外界无热量交换。
2）孤立系统：与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。
注意：实际中，绝对的绝热系和孤立系统是不存在的，但在某些理想情况下可简化为这两种理想模型。
这种科学的抽象给热力学的研究带来很大的方便。
如：在计算电厂中的汽轮机作功时，通常忽略汽缸壁的散热损失，可近似看作绝热系统。
状态及基本状态参数状态参数特点u状态参数仅决定于状态，即对应某确定的状态，就有一组状态参数。
反之，一组确定的状态参数就可以确定一个状态。
状态参数的变化量仅决定于过程的初终状态，而与达到该状态的途径无关。
因此，状态参数的变化量可表示为（以压力p为例）：二、基本状态参数1.表压与真空表压力：当气体的压力高于大气压力时（称为正压），压力表的读数（pg），如锅炉汽包、主蒸汽的压力等。
热力学第二定律2.4熵函数
返回
药学院物理化学教研室
第四节 熵(Entropy )函数表达式
循环1： 循环2：
δQ1 δQ2 0 T1 T2
δQ3 δQ4 0 T3 T4
p
等温线 绝热线
…… ……
Ⅱ Ⅲ
Ⅰ
δQr 0 总和： T 当划分无限小时，小循环的总和与整个循环重合：
V
返回
δQr 0 T
药学院物理化学教研室
请转下一节
p
制作：陈纪岳
Vபைடு நூலகம்
返回
第四节 熵(Entropy )函数表达式
δQr 0 T
T
按积分定律，状态函数的环积分为零，因此 δQr
是某一状态函数的全微分，定义这个函数为熵S 。
δQr dS T
δQr ΔS T
S是可逆过程热温熵的累积
S为容量性质，量纲为： JK-1
返回
药学院物理化学教研室
δQr dS T
δQr dS T
第四节 熵函数表达式
p
制作：陈纪岳
V
第四节 熵(Entropy )函数表达式
Q1 Q2 T2 T1 由卡诺循环得： Q2 T2
Q1 T1 Q2 T2
Q1 Q2 0 T1 T2
经过一个循环过程，等温可逆膨胀的热温商与等温可逆压缩 的热温商大小相等，符号相反。 对于任意一个可逆循环， 可以划分成许多小的卡诺循环近似表示：
中国石油大学《化工热力学》在线作业答案
作业第1题水处于饱和蒸气状态，其自由度为您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：自由度的定义第2题如要查询水的饱和蒸气热力学性质表，则需要个独立状态参数的已知条件。
您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：独立状态参数的定义第3题经历一个不可逆循环过程，体系工质的熵您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：熵的定义第4题范德华方程与R－K方程均是常见的立方型方程，对于摩尔体积V存在三个实根或者一个实根，当存在三个实根时，最大的V值是您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：范德华方程的定义第5题可以通过测量直接得到数值的状态参数是您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：状态函数的定义第6题处于平衡的气体的摩尔体积vg和液体的摩尔体积vL的关系为您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：状态方程的定义第7题随着温度的增加，处于平衡的气体的摩尔体积vg和液体的摩尔体积vL的变化规律为您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：状态方程的定义第8题处于临界点的平衡的气体和液体您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：临界点定义第9题超临界流体是下列条件下存在的物质您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：超临界的特点第10题对应态原理认为，在相同的对比态下，所有物质表现出相同的性质。
即您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：对应泰的定义第11题关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：状态方程的定义第12题纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态为您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：纯流体的特点第13题利用麦克斯韦关系式，其目的是将难测的（）与易测的（）联系起来。
您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：麦克斯韦关系式的定义第14题真实气体在的条件下，其行为与理想气体相近。
和学系统中国石油大学-《热工基础》所有答案
和学系统中国石油大学-《热工基础》所有答案分熵增大的过程必定为吸热过程。
A)正确B)错误答案是：参考答案：错误可以凭物体颜色的黑白来判断它对热辐射吸收比的大小。
A)正确B)错误答案是：参考答案：错误分对太阳辐射而言，雪的吸收率很小，几乎全部反射，所以看起来是白色的。
但是雪几乎可以全部吸收投射到其表面的红外辐射而非常接近黑体。
A)正确B)错误答案是：参考答案：正确定熵过程必为可逆绝热过程。
A)正确B)错误答案是：参考答案：正确间壁式换热器中，冷流体温度不断升高。
A)正确B)错误答案是：参考答案：正确白布和黑布对可见光的吸收比相差很大，但对红外线的吸收比基本相同。
A)正确B)错误答案是：参考答案：正确不能以气体温度的变化来判断过程中气体是吸热还是放热。
A)正确B)错误答案是：参考答案：正确分所有的状态都可以在状态参数图上表示。
A)正确B)错误答案是：参考答案：错误当物质的种类一定时，影响导热系数的因素主要是温度和压力。
A)正确B)错误答案是：参考答案：正确同一温度场中不同的等温面可以相交。
A)正确B)错误答案是：参考答案：错误牛顿冷却公式中的△t可以改为热力学温度之差△T。
A)正确B)错误答案是：参考答案：正确功的数值仅仅取确于工质的初态和终态，与过程无关。
A)正确B)错误答案是：参考答案：错误分气体吸热后温度一定升高。
气体膨胀时一定对外作功。
A)正确B)错误答案是：参考答案：错误多变过程即任意过程。
A)正确B)错误答案是：参考答案：错误分状态参数是热力系统状态的单值函数。
A)正确B)错误答案是：参考答案：正确分冰箱里的冷冻物体温度低于环境温度，所以不发射辐射能。
A)正确B)错误答案是：参考答案：错误在相同的状态下，不同气体的摩尔体积不同。
A)正确B)错误答案是：参考答案：错误黑体和白体与日常生活中所说的黑色物体、白色物体不同，颜色只是对可见光而言，而可见光在热辐射的波长范围内只占很小部分。
A)正确B)错误答案是：参考答案：正确角系数的互换性只有在热平衡条件下才能成立。
石油大学热工学热力学第二定律相关知识介绍
之后，出现了许多深入而更严格的探讨、争论和说法的演化过程。
麦克斯韦、玻尔兹曼、奥斯特瓦尔德、马赫和普朗克等著名科学家， 都一致指出，热力学第二定律只有在一个孤立系统条件下才成立。
关于热力学第二定律在微观方面的解释和说法，主要是由玻尔兹曼
提出的，他是在克劳修斯和麦克斯韦工作的基础上，用分子运动的统计 观点对熵增原理进行新的表述。玻尔兹曼提出的H定理和克劳修斯提出的
“麦克斯韦妖”的提出，大大促进了对热力学第二定律的正确程度 和应用范围的研究。 布里渊在1949－1956年间深入研究了信息和熵的关系，认为麦克 斯韦理想实验的熵减过程，是由于信息对小妖的作用引起的。信息应 该看作系统的熵的负项，即信息是负的熵。 “麦克斯韦妖”假想实验只能而且必须是一个可从外部引入负熵 的开放系统，正因为这样，它并不违反热力学第二定律。
克劳修斯 克劳修斯(R. J. E. Clausius，1822～1888年)，德国物理学家。1822年 1月2日生于普鲁士的克斯林(今波兰科沙林)。曾就学于柏林大学。1847 年在哈雷大学主修数学和物理学的哲学博士学位。从1850年起，曾先后 任柏林炮兵工程学院、苏黎世工业大学、维尔茨堡大学、波恩大学物理 学教授。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 精确表示热力学定律的科学家。1850年发表《论热的动力以及由此推出 的关于热学本身的诸定律》的论文。论文首先从焦耳确立的热功当量出 发，将热力学过程遵守的能量守恒定律归结为热力学第一定律，并第一 次引人热力学的一个新函数U；论文的第二部分在卡诺定理的基础上提 出了热力学第二定律的最著名的表述形式：热不能自发地从较冷的物体 传到较热的物体。1854年发表《力学的热理论的第二定律的另一种形 式》、1865年他发表《力学的热理论的主要方程之便于应用的形式》的 论文，引入了一个新的热力学函数并定名为熵，同时提出克劳修斯不等 式和"熵增原理"，1857年发表《论热运动形式》的论文，第一次推导出 著名的理想气体压强公式。1858年发表《关于气体分子的平均自由程》 论文，开辟了研究气体的输运过程的道路。1851年从热力学理论论证了 克拉珀龙方程。1888年8月24日克劳修斯在波恩逝世。
中国石油大学(北京)远程教育学院《工程热力学与传热学》期末复习题及答案
中国石油大学（北京）远程教育学院《工程热力学与传热学》期末复习题一. 选择题1. 孤立系统的热力状态不能发生变化；（× ）2. 孤立系统就是绝热闭口系统；（× ）3. 气体吸热后热力学能一定升高；（× ）4. 只有加热，才能使气体的温度升高；（× ）5. 气体被压缩时一定消耗外功；（√ ）6. 封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（√ ）7. 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（√ ）8. 在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功pv两部分组成。
（× ）9. 理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。
（× ）10. 对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv的大小与气体的温度无关。
（× ）11. 一切可逆热机的热效率均相同；（× ）12. 不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（× ）13. 如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（√ ）14. 如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（× ）15. 不可逆过程的熵变无法计算；（× ）16. 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（× ）17. 封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必然减少。
（× ）18. 由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加；（× ）19. 知道了温度和压力，就可确定水蒸气的状态；（× ）20. 水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（× ）21. 对未饱和湿空气，露点温度即是水蒸气分压力所对应的水的饱和温度。
（√ ）二. 问答题1. 说明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程的关系。
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不可逆 S 0
Sf
0
可逆 S Sf 0
不易求
Sg 0 Sg 0
绝热 不可逆 S 0 过程 可逆 S 0
Sf 0 Sf 0
Sg 0 Sg 0
六、孤立系统熵增原理
孤立系统
卡诺循环热机效率：
C
1 TL TH
概括性卡诺循环
——两个热源间的极限回热循环
T
S
（二）卡诺定理
(Carnot theorem)
定理一：在相同C 的 高T1温T2热T2源和低温热
源间工作的一切可逆热机具有相同的热效
率，定与理工二质：的在性相质同无C 的关高。T1温T1热T2源和相同的
低温热源间工作的可逆热机的热效率恒高 于不可逆热机的热效率。
卡诺定理小结
（1）两恒温热源间一切可逆循环的热效率都
相等，而与工质无关。 r = C
提高热源温度TH和降低冷源温度TL是提 高可逆循环热效率的根本途径。
（2）相同高、低温热源间的不可逆循环的热
效率小于相应可逆循环的热效率。 r > t
尽量减少循环中的不可逆因素是提高循环 热效率的重要方法。
卡诺定理小结
（3）循环热效率不可能等于100%，只能小于 100%。这就是说，在动力循环中不可能把从热 源吸取的热量全部转变为功。
（4）当TH=TL时，C=0，说明单一热源的热机是
不可能造成的。要实现连续的热功转换，必须 有两个或两个以上温度不等的热源。
一个热机循环能否实现、是否可逆判据
热力过程的方向性在于热力过程的不可逆性。
dS
Q
T
可逆过程
S
Q
T
或
dS
Q
T
不可逆过程
S
Q
T
或
dS
Q
T
不可能发生的过程
不可逆过程 dS Q
T
在不可逆过程中熵的变化dS大于 过程中工质与热源的换热量除以热 源温度Q/T 。
差值称为熵产，用dSg表示。
dSg
dS
Q
T
或
dS
Q
T
dSg
3、熵流与熵产
dS
Q
T
dSg
dS f
Q
T
dS dSf dSg dSg dS dSf
根据克劳修斯不等式：
Q 0 T
Q Q
0
1a2 T
2b1 T
可逆过程2-b-1
Q
2b1 T
S1
S2
1a2
Q
T
(S1
S2
)
0
S2 S1
Q
1a2 T
任意过程 S S2 S1
Q
1a2 T
微元过程 dS Q
T
“=” 可逆 “>” 不可逆
判断过程能否进行、是否可逆的判别式：
S
Q
T
或
1、克劳修斯不等式
卡诺定理2：在相同的恒温高温热源TH和恒温低温 热源TL之间工作的不可逆热机的热效率一定小于可
逆热机的热效率。
t C
1 QL 1 TL
QH
TH
QL TL QH TH
QH TH
QTLL（Q取绝对值）
QH QL 0（Q取代数值） TH TL
一个不可逆循环可以用无数可逆绝热线分割成 无数个微元克循劳环修。斯对不任等意式一可个作不为可判逆断微一元个循循环环，
T
熵是由热力学第二定律导出的状态参数。
1．熵的导出
对于卡诺循环
C
1 QL QH
1 TL TH
QH QL TH TL
QH QL 0 TH TL
（Q取绝对值）
QH QL 0 TH TL
( Q取代数值）
在卡诺循环中，工质与 热源交换的热量除以热源 的热力学温度所得商的代 数和等于零。
QH QL是否0可逆、是否Q可H 以 发生Q的L判别0 式。
TH TL
1A2 TH
2B1 TL
Q 0
T
Q 0 克劳修斯不等式
Tபைடு நூலகம்
热力学第二定律的数学表达式之一
Q
T
0
可逆循环
Q
T
0
不可逆循环
Q
T
0
不可能发生的循环
2、不可逆过程熵的变化
对于由不可逆过程1-a-2与可逆过程2b-1组成的不可逆循环1a2b1。
Q Q 0
1A2 T 2B1 T
Q
Q
Q
1A2 T
2B1 T
1B2 T
Q
Q
1A2 T 1B2 T
Q /T 的积分与积分路径无关。
根据状态参数的特点断定，Q/T一定是某一状态参数的
全微分。这一状态参数被称为熵，用S表示。（entropy）
dS Qre
T
ds qre
T
可逆过程
过程的不可逆和方向性互为因果。
反映热力过程方向性的的热力学第二定律的各 种说法是等效的，则不可逆属性是等效的，实
质是相同的。 “熵”
用一个统一的热力学参数来描述所有不可逆过 程的共同属性，作为热力过程方向性的判据。
四、状态参数熵
——用于描述所有不可逆过程共同特性的热力学量 ——熵的导出
定义式 dS Qre
S S2 S1
2 Qre
1T
s s2 s1
2 qre
1T
注意：可逆过程中，T是热源温度，也是工质温度。
熵的物理意义
dS Qre
T
ds qre
T
热源温度
可逆时
dS 0 dS 0 dS 0
Q 0 Q 0 Q 0
熵变表示可逆过程中热量 交换的方向和大小。
五、 不可逆过程的熵变、熵流及熵产
对于任意一个可逆循环，可用一组可逆绝 热线将其分割成无数微元卡诺循环。
对于每一个微元卡诺循环，
QH QL 0
TH TL
对整个循环积分：
QH QL 0
1A2 TH
2B1 TL
Q Q 0
1A2 T 2B1 T
工质与热源交换的 热量，统一用Q表 示；热源温度统一 用T表示。
Q 0 克劳修斯积分等式 T
熵流dSf ：系统与外界进行热量交换所引起的熵变。
吸热dSf > 0； 放热：dSf < 0； 绝热：dSf ＝0；
熵产dSg：由于过程不可逆造成的熵变。
过程不可逆性愈大，熵产愈大。
dSg
0
熵产量是所有过程不可逆性大小的共同度量。
熵流、熵产和熵变
dS dSf dSg S Sf Sg
任意 过程
2、开尔文说法
不可能从单一热源取热使之完全转变为功 而不产生其它影响。
卡诺循环与卡诺定理
热效率是100%的热机是造不成的。 具有两个热源的最简单热机的热效率最
高极限是多少？
（一）卡诺循环
——理想可逆热机循环
1-2定温吸热过程； 2-3可逆绝热膨胀过程；
3-4定温放热过程；
4-1可逆绝热压缩过程。
第三节 热力学第二定律
热力学第二定律的任务：
研究热力过程的方向性[最根本的]； 非自发过程的补偿和补偿限度等。
研究热力过程的方向、条件和限度。
热力学第二定律的表述
热功转换
传热
开尔文说法1851年 热功转换的角度
克劳修斯说法1850年 热量传递的角度
1、克劳修斯说法
不可能把热量从低温物体传至高温物体而 不引起其它变化。