第5章rq 热力学第二定律
本章基本要求
理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。 熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无 的概念。 基本知识点：
5．1 自然过程的方向性
一、磨擦过程
功可以自发转为热,但热不能自发转为功
二、传热过程
热量只能自发从高温传向低温
三、.自由膨胀过程
绝热自由膨胀为无阻膨胀致幻剂
,但压缩过程却不能自发进行 四、混合过程
两种气体混合为混合气体是常见的自发过程
五、燃烧过程
燃料燃烧变为燃烧产物(烟气等),只要达到燃烧条件即可自发进行
5．2 热力学第二定律的实质
一、.热力学第二定律的实质
克劳修斯说法：热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其它变化
开尔文说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变为机械能，而不引起其它变化的循环发动机。
二、热力学第二定律各种说法的一致性
反证法:（了解）
5.3 卡诺循环与卡诺定理
意义：解决了热变功最大限度的转换效率的问题
一.卡诺循环:
1、正循环
过程a-b：工质从热源(T1)可逆定温吸热
b-c：工质可逆绝热(定'熵)膨胀
c-d：工质向冷源(T2)可逆定温放热
d-a：工质可逆绝热(定熵)压缩回复到初始状态。
循环热效率：
=面积abefa =面积cdfec
因为
得到
分析：
1、热效率取决于两热源温度，T1、T2，与工质性质无关。
2、由于T1 T20，因此热效率不能为1
3、若T1=T2，热效率为零，即单一热源，热机不能实现。
逆循环：
包括：绝热压缩、定温放热。
定温吸热、绝热膨胀。
致冷系数：
供热系数
关系：
分析：通常T2>T1-T2 所以：
卡诺定理：
1、所有工作于同温热源、同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为最高。
2.在同温热源与同温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等.
5.4 熵与熵增原理
一、熵的导出
1865年克劳修斯依据卡诺循环和卡诺定理分析可逆循环，假设用许多定熵线分割该循环，并相应地配合上定温线，构成一系列微元卡诺循环。则有
因为，有
得到一新的状态参数
不可逆过程熵：
二、熵增原理：
意义：
1． 可判断过程进行的方向。
2． 熵达最大时，系统处于平衡态。
3． 系统不可逆程度越大，熵增越大。
4． 可作为热力学第二定律的数学表达式
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5．4熵产与作功能力损失
一、建立熵方程
一般形式为：(输入熵一输出熵)+熵产=系统熵变超级电容器
或熵产=(输出熵一输入熵)+系统熵变
得到：
称为熵流，其符号视热流方向而定，系统吸热为正，系统放热为负，绝热为零)。
称为熵产，其符号：不可逆过程为正，可逆过程为0。
注意：熵是系统的状态参数，因此系统熵变仅取决于系统的初、终状态，与过程的性质及途径无关。然而熵流与熵产均取决于过程的特性。
开口系统熵方程：
二、作功能力损失
作功能力损失：
例题精要：
例1 刚性容器中贮有空气2kg，初态参数P1=0.1MPa，T1=293K，内装搅拌器，输入轴功率WS=0.2kW，而通过容器壁向环境放热速率为。求：工作1小时后孤立系统熵增。
解：取刚性容器中空气为系统，由闭系能量方程：
经1小时，
由定容过程：，
取以上系统及相关外界构成孤立系统：
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例2气机空气由P1=100kPa，T1=400K，定温压缩到终态P2=1000kPa，过程中实际消耗功比可逆定温压缩消耗轴功多25%。设环境温度为T0=300K。求：压缩每kg气体的总熵变。
解：取压气机为控制体。按可逆定温压缩消耗轴功：
实际消耗轴功：
由开口系统能量方程，忽略动能、位能变化：
因为理想气体定温过程：h1=h2
故：
山西医科大学孤立系统熵增：
稳态稳流：
例3 已知状态P1=0.2MPa，t1=27℃的空气，向真空容器作绝热自由膨胀，终态压力为P2=0.1MPa。求：作功能力损失。（设环境温度为T0=300K）
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