第章 熱力學(xué)第二定律

第5章熱力學(xué)第二定律本章基本要求理解熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)，卡諾循環(huán)，卡諾定理，孤立系統(tǒng)熵增原理，深刻理解熵的定義式及其物理意義。熟練應(yīng)用熵方程，計(jì)算任意過程熵的變化，以及作功能力損失的計(jì)算，了解、的概念?；局R點(diǎn)：5．1自然過程的方向性一、磨擦過程功可以自發(fā)轉(zhuǎn)為熱,但熱不能自發(fā)轉(zhuǎn)為功二、傳熱過程熱量只能自發(fā)從高溫傳向低溫三、.自由膨脹過程絕熱自由膨脹為無阻膨脹,但壓縮過程卻不能自發(fā)進(jìn)行四、混合過程兩種氣體混合為混合氣體是常見的自發(fā)過程五、燃燒過程燃料燃燒變?yōu)槿紵a(chǎn)物(煙氣等),只要達(dá)到燃燒條件即可自發(fā)進(jìn)行結(jié)論:自然的過程是不可逆的5．2熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)惕一、刑.過熱力學(xué)第甘二定律的月實(shí)質(zhì)冰克勞修斯徐說法：熱搞量不可能閣從低溫物忘體傳到高分溫物體而倡不引起其量它變化渴開爾文說講法：不可絹能制造只佛從一個(gè)熱脫源取熱使沫之完全變航為機(jī)械能可，而不引絨起其它變覺化的循環(huán)巴發(fā)動(dòng)機(jī)。爺二、熱力尾學(xué)第二定利律各種說籠法的一致由性芬反證法景:趕（了解）救5.3傾近盆卡諾循環(huán)若與卡諾定券理州意義：解傘決了熱變灶功最大限朽度的轉(zhuǎn)換羅效率的問仆題兆一米.季卡諾循環(huán)戒:處1豈、朝正循環(huán)初組成蛾：佳兩個(gè)可逆投定溫過程酷、猶兩個(gè)可逆胖絕熱過程粥過程殼a-b翁：工質(zhì)從彩熱源銅(跪T坦1惱)中可逆定溫水吸熱盆b-c辨：工質(zhì)可曉逆絕熱仇(橋定偵'賽熵飯)陡膨脹叉c-d疤：工質(zhì)向四冷源洪(銅T2)航可逆定溫與放熱宵d-a拆：工質(zhì)可脹逆絕熱灰(尼定熵哈)瞎壓縮回復(fù)沉到初始狀嘗態(tài)。臘循環(huán)熱效口率：很=值面積杰abef吃a莫欄=查面積油cdfe智c克因賺為盒運(yùn)愚得榆到連揀分析：壺1鏟、倒熱效率取像決于學(xué)兩熱源溫鹿度蓋，陵T玻1堅(jiān)、蒜T跑2茶，俊與工質(zhì)性拘質(zhì)無關(guān)談。智2弓、由覽于諷T1泰T2從0扁，欠因此熱效捏率不能雅為孝1無3赤、晝?nèi)羯譚1=T佳2俊，槍熱效率為消零急，猶即單一熱督源自，悉熱機(jī)不能敗實(shí)深現(xiàn)。逆循環(huán)：礎(chǔ)包括筍：觀絕熱壓縮哭、油定溫放熱障。首定溫吸熱夕、壟絕熱膨脹夕。擇致篩冷系數(shù)課：供熱系數(shù)關(guān)系：逝分析：通撤常厲T2種>倉T1-T棵2激縱所以隱：徐塵卡諾定理賴：盲1希、翅所有工作乓于同溫?zé)彳壴词?、湖同溫冷源開之間的一辜切熱機(jī)隙，平以可逆熱佩機(jī)的熱效熟率為最高僑。服2諷.恥在同溫?zé)釁^(qū)源與同溫米冷源之間柳的一切可觀逆熱機(jī)座，銀其熱效率飛均相鹿等扮.囑5.4橫盤侵熵與熵增劫原理旋一、熵港的導(dǎo)出蛋1865普年克勞修貧斯依據(jù)卡笨諾循環(huán)和售卡諾定理暈分析可逆罰循環(huán)，假銷設(shè)用許多燃定熵線分粉割該循環(huán)深，并相應(yīng)偽地配合上狂定溫線，高構(gòu)成一系艙列微元卡旱諾循環(huán)。以則有窄因?yàn)槁笥袨槠岬玫揭恍掳驳臓顟B(tài)參推數(shù)鑼不可逆過遇程熵：記二、熵增瘋原理姨：柱意義：垃可判斷過次程進(jìn)行的捏方向。套熵達(dá)最大休時(shí)，系統(tǒng)弄處于平衡肆態(tài)。遙系統(tǒng)不可既逆程度越淘大，熵增包越大。穿可作為熱征力學(xué)第二貴定律的數(shù)賀學(xué)表達(dá)式膝5屑．窩4陶熵產(chǎn)與作是功能力損籃失盒一、建立數(shù)熵方程勝一般形式零為言：妙(楊輸入睛熵芒一輸出農(nóng)熵眼)魚+愧熵?fù)?jù)產(chǎn)丹=依系統(tǒng)東熵痰變銀或棚熵瀉產(chǎn)懲=享(稀輸出壽熵它一輸入月熵掏)驅(qū)+涌系統(tǒng)醫(yī)熵芹變通得到早：隔盛稱辰為熵流，早其符號視峰熱流方向參而定救，謠系統(tǒng)吸熱昆為正低，福系統(tǒng)放熱讓為負(fù)，糞絕熱為欺零練)標(biāo)。刃稱災(zāi)為熵還產(chǎn)爺，慰其符號屢：升不可逆過速程為正雞，奏可逆過程秩為向0哭。倡注意：鋤熵動(dòng)是系統(tǒng)的乓狀態(tài)參數(shù)祥，晌因此系統(tǒng)難熵肯變僅取決竄于系統(tǒng)的醋初、終狀廟態(tài)英，扛與過程的絹性質(zhì)及途斥徑無關(guān)。強(qiáng)然而編熵壘流與臉熵冷產(chǎn)均取決蟻于過程的磁特性糖。潑開口系統(tǒng)鳥熵方程：生二、作功滋能力損失校作功能力定損失：家例題精要銷：網(wǎng)例偷1吼剛性容器也中貯有空沃氣伸2k駐g削，初態(tài)參腥數(shù)碌P彼1層=0.1負(fù)MP滿a奪，鹽T栽1證=293科K陰，內(nèi)裝攪衰拌器，輸摧入軸功率汁W種S鋼=0.2狹k擺W朋，而通過校容器壁向遣環(huán)境放熱帆速率為搶。求：工鍬作憑1助小時(shí)后孤秤立系統(tǒng)熵雷增。揭解叮：取剛性盤容器中空迷氣為系統(tǒng)厭，由閉系模能量方程壺：厭經(jīng)訴1佛小時(shí)，茶由定容過鍛程：驅(qū)，圓診取以上系白統(tǒng)及相關(guān)狠外界構(gòu)成儀孤立系統(tǒng)扮：箏例顏2盜氣機(jī)空氣曠由良P宏1貨=100鋒kP縣a瞞，舞T揉1兆=400抄K習(xí)，定溫壓熟縮到終態(tài)繞P攪2會(huì)=100路0戀kP圖a拜，過程中強(qiáng)實(shí)際消耗越功比可逆巖定溫壓縮冶消耗軸功引多隱25受%呈。設(shè)環(huán)境豎溫度為志T轎0霉=300發(fā)K蹈。求：壓辛縮愉每艦k媽g奇氣體的總趴熵變。京解后：取壓氣鍛機(jī)為控制嶺體。按可賓逆定溫壓石縮消耗軸談功：夠?qū)嶋H消耗精軸功：唯由開口系司統(tǒng)能量方銹程，忽略呀動(dòng)能、位混能變化：陜因?yàn)槔硐胪麣怏w定溫樂過程：井h偏1擊=相h勢2故：扁孤立系統(tǒng)挪熵增：劃穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流溝：抄例棕3東已知狀態(tài)矛P艦1里=0.2占MP督a移，差t蒼1渴=2勾7犯℃百的空氣，團(tuán)向真空容球器作絕熱友自由膨脹垮，終態(tài)壓療力為艦P蛙2漿=0.1泳MP敘a賭。求：作僻功能力損晝失。（設(shè)聞環(huán)境溫度記為音T甘0燥=300掩K槽）灶解灰：取整個(gè)志容器（包寬括真空容撕器）為系銅統(tǒng)，姿由能量方液程得知：繞，叨對絕熱過流程，其環(huán)橡境熵變熱機(jī)熱泵圖5.1600K293K263K庫例抵4租如果室外馳溫度揚(yáng)為絨-席10醫(yī)℃拖，絞為保持車棗間內(nèi)最低支溫度為嘆20逢℃剪，卻需要每小街時(shí)向車間殖供熱田3600呢0kJ,敬求：竭1)嗚巡如采用電估熱器供暖倚,刻需要消耗種電功率多型少。捆2)鍵洪如采用熱齒泵供暖，捐供給熱泵禁的功率至突少是多少鎖。落3)莖截如果采用桃熱機(jī)帶動(dòng)緩熱泵進(jìn)行茅供暖，向服熱機(jī)的供劉熱率至少您為多少。哄圖酒5享.1嚷為熱機(jī)帶富動(dòng)熱泵聯(lián)偉合工作的胸示意圖。搏假設(shè)：向小熱機(jī)的供此熱溫度為感600K視，熱機(jī)在霜大氣溫度柿熱機(jī)熱泵圖5.1600K293K263K顛解歪：搬1)崗用電熱器溜供暖，所結(jié)需的功率希即等于供條熱率外,侵故電功率織為節(jié)=1放0成kW宅2)垃如果熱泵骨按逆向卡蘆諾循環(huán)運(yùn)喝行，而所荷需的功最靠少。則逆語向卡諾循羨環(huán)的供暖志系數(shù)為她=9崗.7抽7烈熱泵所需勾的最小功適率為富=1.0攤2kW舟3)裳按題意，承只有當(dāng)熱刮泵按逆卡耗諾循環(huán)運(yùn)杠行時(shí)，所徑需功率為寒最小。只襪有當(dāng)熱機(jī)險(xiǎn)按卡諾循將環(huán)運(yùn)行時(shí)擦，輸出功墓率為妻時(shí)所需的潤供熱率為鼻最小。荷由獵怖帝熱機(jī)按所比需的最小呀供熱率為趣重點(diǎn)、難欠點(diǎn)扶l爬．深入理瀉解熱力學(xué)羅第二定律澤的實(shí)質(zhì)，爪它的必要固性。它揭尸示的是什霉么樣的規(guī)縫律；它的莊作用。懲2績．深入理我解熵參數(shù)緩。為什么黎要引入熵慕。是在什淚么基礎(chǔ)上尤引出的。謙怎樣引出凱的。它有船什么特點(diǎn)淹。給3鎖．系統(tǒng)熵截變的構(gòu)成尼，熵產(chǎn)的拾意義，熟少練地掌握茂熵變的計(jì)韻算方法。津4駱．深入理卡解熵增原捷理閘,賊并掌握其法應(yīng)用。慶5走．深入理糠解能量的舌可用性，雷掌握作功糊能力損失晶的計(jì)算方忍法巴6禾．過程不宜可逆性的菌理解，過好程不可逆給性的含義糾。不可逆愉性和過程眉的方向性籌與能量可氏用性的關(guān)括系。帶7改．狀態(tài)參曉數(shù)熵與過拉程不可逆掀的關(guān)系。成8黑．熵增原集理的應(yīng)用恩。提9捷．不可逆擁性的分析思考題夜1唇．自發(fā)過年程為不可捧逆過程，糞那么非自賊發(fā)過程即肢為可逆過錘程。此說血法對嗎鐵?霧為什么輕?俊2穗．自然界近中一切過累程都是不法可逆過程謙，那么研拾究可逆過毅程又有什鳴么意義呢報(bào)?誠3襪．以下說異法是否正燃確塌?懂①央工質(zhì)經(jīng)歷臺(tái)一不可逆制循環(huán)過程寺,仁因泥<0危，故陡<0附②揀不可逆過府程的熵變脈無法計(jì)算秩③湊若從某一鎮(zhèn)初態(tài)沿可侄逆和不可席逆過程達(dá)仙到同一終北態(tài)，則不纖可逆過程康中的熵變潔必定大于往可逆過程估中的熵變稍。岔4涌．某熱力斗系統(tǒng)經(jīng)歷潮一熵增的貢可逆過程潛，問該熱途力系統(tǒng)能己否經(jīng)一絕僻熱過程回辜復(fù)到初態(tài)宜。足5擁．若工質(zhì)擴(kuò)經(jīng)歷一可獵逆過程和胡一不可逆爐過