1、* 第五章 热力学第二定律 1第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律5-1 热机循环和制冷循环5-2 热力学第二定律的表述5-3 卡诺循环5-4 卡诺定理5-5 克劳修斯不等式5-6 状态参数熵及孤立系统熵增原理* 第五章 热力学第二定律 2热机循环：将燃料燃烧放出的热能转变为机械功，实现热功转换的热力循环。吸热放热循环净功热机循环热效率实 践证明：企图不向温度较低的环境放热而把高温物体的热能连续地完全转换为机械能是不可能的。 热机循环分析： 5-1 热机循环和制冷循环热机循环和制冷循环* 第五章 热力学第二定律 3制冷循环：消耗一定的机械功，实现热量由低温物体向高温物体传递的循环。吸热放
2、热耗功制冷系数实践证明，企图不消耗机械功而实现由低温物体向高温物体传递热量是不可能的。 制冷循环的分析： * 第五章 热力学第二定律 45-2 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述开尔文 -普朗克说法 ：“不可能建造一种循环工作的机器，其作用只是从单一热源吸热并全部转变为功 ”。“第二类永动机是不可能制成的 ” “热机的热效率不可能达到 100%” 即热机工作时除了有高温热源提供热量外，同时还必须有低温热源，把一部分来自高温热源的热量排给低温热源，作为实现把高温热源提供的热量转换为机械功的必要补偿 。 克劳修斯说法 ： “不可能使热量由低温物体向高温物体传递而不引起其他的变化 ”。即当利用
3、制冷机实现由低温物体向高温物体传递热量时，还必须消耗一定的机械功，并把这些机械功转变为热量放出，以此作为由低温物体向高温物体传递热量的补偿。 * 第五章 热力学第二定律 5假设机器 A违反开尔文 -普朗克说法能从高温热源取得热量 而把它全部转变为机械功 w0， 即， 则可利用这些功来带动制冷机 B， 由低温热源取得热量 q2而向高温热源放出热量 q1。 即A机：B机：由于有即低温热源给出热量 q2， 而高温热源得到了热量 q2， 此外没有其它的变化。这显然违反了克劳修斯说法。 热力学第二定律的各种说法是一致的，若假设能违反一种表述 ,则可证明必然也违反另一种表述。* 第五章 热力学第二定律 6
4、经验表明，非自发过程不能自发地实现，即使利用热机、制冷机或者其他任何办法，使非自发过程得以实现，但同时总是需要另一种自发过程伴随进行，以作为实现非自发过程的一种补偿。自发过程 ：自发地实现的过程。非自发过程 ：自发过程的逆向过程。因此，热力学第二定律可概括为：一切自发地实现的涉及热现象的过程都是不可逆的。只要系统进行了一个自发过程，不论用何种复杂的办法，都不可能使系统和外界都恢复原状而不留下任何变化。在此意义上，自发过程所产生的效果是无法消除的，或者说是不可逆复的。* 第五章 热力学第二定律 75-3 卡诺循环卡诺循环卡诺循环热效率 ：卡诺循环： 利用两个热源，由两个可逆定温过程和两个可逆绝热
5、组成的热机循环。吸热：放热：按绝热过程 b-c及 d-a参数变化关系：有由此可得* 第五章 热力学第二定律 8卡诺循环热效率的指导意义卡诺循环热效率的指导意义(1)卡诺循环的热效率仅决定于高温热源温度 Tr1及低温热源的温度 Tr2， 而 与工质的种类无关。(2)提高 Tr1及降低 Tr2可 以提高卡诺循环的热效率。(3)由于 Tr1不可能为无限大， Tr2不可能为零，所以卡诺循环的热效率不可能达到 100% 。(4)当 Tr1和 Tr2相等时，卡诺循环的热效率为零，这就意味着利用单一热源吸热而循 环作功是不可能的。* 第五章 热力学第二定律 9等效卡诺循环 :任意循环 a-b-c-d-a 等效卡诺循环 A-B-C-D-A。平均吸热温度 ：任意循环的等效卡诺循环热效率：平均放热温度 ：* 第五章 热力学第二定律 105-4 卡诺定理卡诺定理卡诺定理 ：在两个给定的热源之间工作的所有热机， 不可能具有比可逆热机更高的热效率。如 ： A为 任意热机 ， B为可逆热机，则有证明 ：令 A、 B机联合工作，因 B为可逆机，令其作制冷循环。有即如果 ，则有 ，即代入上式，有结果：热量从低温传至高温，而未引起其他变化。这是不可能的 。
