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热工基础ppt热力学第二定律

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热力学第二定律ppt优秀课件

热力学第二定律ppt优秀课件

1824 年，法国工程师
N.L.S.Carnot (1796～1832)
设计了一个循环，以理想气
体为工作物质，从高温热源
吸收的热量，一部分通过理
想热机用来对外做功，另一
部分的热量放给低温热源。
卡诺
这种循环称为卡诺循环。
⑴恒温可逆膨胀
Q 1 W 1V V 1 2pdVnR T 1lnV 2/V 1 ΔU= 0
❖ 热力学第二定律是实践经验的总结，反过来，它指 导生产实践活动
❖ 热力学第二定律关于某过程不能发生的断言是十分 肯定的。而关于某过程可能发生的断言则仅指有发生 的可能性，它不涉及速率问题。
§3.1 自发过程及热力学第二定律
100 oC 0 oC
水从高处
50 oC
低处
N2 O2 N2 + O2
.........
irW Q1Q1Q 1Q21Q Q1 2
r
1Q2 Q1
1-T2 T1
结论:
QQ
1 2 0 TT
可逆循环取等号
1
2
• 循环过程是可以对外做功的.
• 理想气体卡诺热机的效率η恒小于1, 且只与两个热源的温度 (T1, T2)有关, 温差愈大, η愈高。也就是说，卡诺热机要对外
自发性、非自发性与可逆性、不可逆性的关系： 过程是否自发，取决于体系的始、终态；过程是否可逆取决
于对过程的具体安排。 不论自发还是非自发过程，一切实际过程都是不可逆的。若
施以适当的控制，在理论上都能成为可逆过程。
2.热力学第二定律
克劳修斯：热从低温物体传 给高温物体而不产生其它变 化是不可能的。
开尔文：从一个热源吸热，使 之完全转化为功，而不产生其 它变化是不可能的。

热力学第二定律-PPT课件

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答案 C
18
典例精析 二、热力学第一定律和热力学第二定律
返回
【例3】 关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正 确的是( ) A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，
而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式 的能，故这两条定律是相互矛盾的 B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响， 故两条定律并不矛盾
答案 B
15
典例精析 一、热力学第二定律的基本考查 返回
【例2】 如图1中汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是 导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的， 但不漏气，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并 通过活塞对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则 下列说法正确的是( )
的是( D )
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达 到绝对零度
B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C．第二类永动机遵从能量守恒定律，故能制成 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空
气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J
解析 由于汽缸壁是导热的，外界温度不变，活塞杆与外界连 接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所 以汽缸内的气体温度也不变，要保持其内能不变，该过程气体 是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能 保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律．此过程由外 力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此过程不可 能发生．
程都具有
，都是不可逆的．
方向性
7
一、热力学第二定律 返回 延伸思考
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物 体”？ 答案 不能．

热力学第二定律ppt课件

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从单一热源吸收热量，全 部用来做功而不引起其它 变化叫做第二类永动机。
热力学第二定律的另一种表述就是： 第二类永动机不可能制成。
P61
对宏观过程方向的说明，都可以作为热二的表述。 例如：气体向真空的自由膨胀不可逆；
一切宏观自然过程的进行都具有方向性。
P61
柴薪时期
煤炭时期
石油时期
P61-62
Q2=Q1+W Q1=Q2+W
热机工作时能否将从高温热 库吸收的热量全部用来做功？
不能，从高温热库吸收的热量的一部分 用来做功，剩余的部分释放到低温热库。

Q1
热机工作：
P60
燃料燃烧 冷凝器或大气
漏气热损 散热热损 摩擦热损
燃料产生的 热量Q
输出机械功W
W< Q
P60
P61
对周围环境不产生 热力学方面的影响, 如吸热、放热、做 功、压强变化等。
P59
适用于宏观过程对微观过程不适用
P59
电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度，并且还会 继续降温，直至达到设定的温度。显然这是热量从低 温物体传递到了高温物体。这一现象是否违背热力学 第二定律呢？
不违背。电冰箱能实现热量从低温物体传给高温 物体，但这不是自发地进行的，需要消耗电能。
制冷机工作时热量是自发地 从低温热库传到高温热库吗？ 不是，有外界做功。
3.4 热力学第二定律
P59
可能发生这样的逆过程吗？ 热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的
可能发生这样的逆过程吗？
功可以自动转化为热 ， 但热却不能自动转化为功。 通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。
热现象
物体间的传热 气体的膨胀

热力学第二定律ppt课件

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热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成 功 ，而不产生其他影响。 1.热机效率无法达到100%，总会有热损 2.任何热机都不可能把内能全部转化机械能
第二类永机不可制成，不可以制成的原因：违背热力学第二定律 热力学第二定律的各种表述都是的 等价 ，并可从一种表述导出另一种表述
C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
三、 热力学第二定律的开尔文表述
②不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成 功，而不产生其他影响
机械能
全部转化（自发）
转化中有其他影响 （要向低温热库放热）
内能（热）
不产生其他影响：对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放 热、做功等
不会 因为分子的扩散运动是从密度较大的区域向密度较小的区域进行 并且这个过程是不可逆
一、自然界中宏观过程的方向性
情景二：将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什 么现象？
铁块放热，温度降低，水吸热，温度升高；最终两 者温度相同。
问题：一段时间后会不会出现铁块温度升高，水的温度 降低的情况？
不会出现；说明热量可以自发地从高温物体传到低温物体 而不可以自发地从低温物体传到高温物体
生其它影响。此时热机的效率η＝1(100%)， η＝1的热机称为第二类永动机。
下列说法正确的有( D )
A.第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律，因此 不可能制成
B.根据能量守恒定律，经过不断地技术改进，热机的效率可以达到 100%
C.因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能真正出现的
(多选)下图为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在 冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热 量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的 是( BC )

热工基础课件课件-热力学第二定律

热工基础课件课件-热力学第二定律

根據卡諾定理，在溫度分別為T1與T2的兩 個恒溫熱源間工作的一切可逆熱機的熱效率都
相同，與工質的性質無關。
t
1
q2 q1
1 T2 T1
q2 T2 q1 T1
q1 q2 T1 T2
式中q1、q2均為絕對值，若取代數值，可改成 14
q1 q2 0
在卡諾迴圈中，單位品質工質與熱 源交換的熱量除以熱源的熱力學溫
該式為不可逆穩定流動過程的
。
熱工系統的熱能利用程度可以通過列出其
（
），
分析可以清楚地揭示出導致作功能力損失的原
因和部位，從而為系統的改進提供有力的依據。
。
31
第四章 小結
重點掌握以下內容： （1）熱力學第二定律的實質及表述； （2）熱力迴圈、製冷（熱泵）迴圈的定義及迴 圈經濟性的描述方法；
作的一切可逆熱機具有相同的熱效
率，與工質的性質無關。
11
R1帶動R2 逆向運行
假如t,R1t,R2
R1帶動R2逆向運行
WR1 WR2 Q2 Q2 '
Q2 ' Q2 WR1 WR2
單一熱源熱機，違背熱力學第二定律
t,R1t,R2、 t,R1<t,R2不可能
t,R1＝t,R2 12
定理二：
在相同高溫熱源和低溫熱源間工作的任 何不可逆熱機的熱效率都小於可逆熱機的熱 效率。
Wnet Q1 Q2
Q1 Q2 Wnet
高溫熱源 放熱Q1
通常用工作係數評價逆向迴圈
的熱經濟性。
熱泵
Wnet
製冷係數 ：製冷裝置工作係數 Q2 Q2 Wnet Q1 Q2
吸熱Q2 低溫熱源
供熱係數 ：熱泵工作係數
Q1 Q1

第六章 热力学第二定律.ppt

第六章 热力学第二定律.ppt
热一律一切热力学过程都应满足能量守恒。 但满足能量守恒的过程是否一定都能进行?
热二律满足能量守恒的过程不一定都能进行! 过程的进行还有个方向性的问题。
§1.热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律以否定的语言说出一条确定的规律.
1．开尔文(Kelvin)表述: 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有
N
A


1 261023

0



1 2
N
A


1 261023

0
这种宏观状态虽原则上可出现,
但实际上不可能出现.
例.用铅字随机排版出一百万字小说的概率


1

106
106



1 106106


1 23.326106

1 22107
0
自然过程的方向性的定量描述:
T称为热力学温标 或开尔文温标
( ) 为普适函数，所以热力学温标与测温物质的性质无关。
用热力学温标所表示的温度写为xK，这里x为温度数值。
水的三相点的热力学温度规定为273.16 K 。
热力学温度的单位——开尔文（K）就是水三相点的热力
学温度的 1 。 273.16
热力学温标和理想气体温标中水的三相点温度值都定为 273.16K，可见在理想气体温标能确定的范围内，热力学 温标与理想气体温标的测得值相等。
A A
Q1 Q2 A
A A
Q1 Q2 A
若甲做正循环，乙做逆循环，则η不大于η´ 若甲做逆循环，乙做正循环，则η ´不大于η

即：所有工作于相同高温热源和相同的低温热源之间的一切可 逆热机，其效率都相等。

热力学第二定律PPT课件


WR1 5743J
WI3 44.90103 J
上一页
WR2 5743J
I1+R2: Q=-W=-WI1-WR2 =-5743J (系统放热，得功）
I2+R2: Q=-W=-WI2-WR2 =-3498J (系统放热，得功）
R1+R2: Q=-W=-WR1-WR2 = 0
I3+R2: Q=-W=-WI3-WR2 = 39.16×103J
克劳修斯：热从低温物体传给高温物体而不产生其
它变化是不可能的。
T1
反 证
法
Q1
证
Q2
热机 W
两 种
Q2
说 法
T2
等 价
T1
Q1 W
热机
Q1 Q3
制冷机
Q3
T2
开尔文：从一个热源吸热，使之完全转化为功，而
不产生其它变化是不可能的。
3.热力学第二定律(the second law of thermodynamics) 克劳修斯：热从低温物体传给高温物体而不产生其
它变化是不可能的. 开尔文：从一个热源吸热，使之完全转化为功，而不
产生其它变化是不可能的。
注意不要把开尔文说法说成：功可以完全转化为热，
而热不能完全转化为功。遗留的其他变化很重要。
理想气体恒温膨胀时，它所吸收的热全部用来做功，
这是否违背开尔文说法?
不违背
它没有否定还有其它变化，此时附带的另一变化是 气体的体积变大，即系统的状态改变了
过程——体系状态随时间发生变化。
平衡态——在没有外部影响的条件下，系统的所 有宏观性质不随时间变化的状态。
平衡体系的状态得以发生变化依赖环境的影 响，只有来自于体系外部的影响才能使处于平衡 态的体系发生变化。

第六章 热力学第二定律.ppt


一、引言
任何热力学过程都必须遵守热力学第一定律，然而 遵守热力学第一定律的热力学过程就一定能实现吗？热 量可以由高温物体自发地传向低温物体，反之可以吗？ 运动物体的机械能可以通过做功而转化为热能，而物体 吸收热量能否自动转化成机械能而运动起来？气体自由 膨胀可以进行，而气体自动收缩能否进行？另一方面， 在生产实践中，可不可以将热机的效率提高到100%。通 过研究，人们总结出了热力学第二定律。第二定律的表 述可以有多种方式，但其中最有代表性的是开尔文表述 和克劳修斯表述两种。
微观态数1
从图知,4个粒子的分布情况,总共有16=24个微观态。
A4B0和A0B4, A3B1和A1B3, A2B2，
微观态各为1，几率各为1/16; 微观态各为4，几率各为4/16， 微观态为6，几率最大为6/16。
热学
13
若系统分子数为N，则总微观态数为2N，N个 分子自动退回A室的几率为1/2N。
Q 热学
1
T
22
将效率公式用于此处所
示的微小可逆卡诺循环，
得到
A

Q1
T T
将前面求出的 A, Q1
代入上式，并略去三级 无穷小量，即得
P A
(△P)V F
T
B D
T-△T
E
C
（△Ｖ)T
H
G
V
pV V T
pV T

U
T

T T
热学
23
可以化为， p U T p V T T V
3,
的两个恒温热源之间
2
可以得出：Q2 Q3

f (3 ,2 )
再设另一可逆热机工作于恒温度 3 ,1 的两个恒温热源之间
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克劳修斯不等式
Q
Tr
0
dS
0
第四章 热力学第二定律
33
克劳修斯不等式例题
A 热机是否能实现
Ñ TTQQ
2000 1000
800 300
可能
0.667kJ/K 0
1000 K 2000 kJ
如果：W=1500 kJ
Ñ TTQQ
2000 1000
500 300
不可能
0.333kJ/K 0
A 1200 kJ 1500 kJ
36
熵流和熵产
对于任意微元过程有：
定义
dS Q
T
=：可逆过程 >：不可逆过程
熵流：工质与热源之间热交换引起的熵变
dSf
Q
T
熵产：纯粹由不可逆因素引起
dSg 0 永远
dS dSf dSg S Sf Sg
结论：熵产是过程不可逆性大小的度量
内燃机为什么只能将40%左右的热 能转化为机械能呢？或者说燃料燃 烧产生的热能为什么不能全部转化 为机械能呢？
这是由于总有一部分热量在做完功后，随着废气排 入到大气中，造成热量损失。
第四章 热力学第二定律
10
开尔文－普朗克表述 Kelvin－Planck Statement
不可能从单一热源取热，并使之完全转变为 功而不产生其它影响。
火力发电 t1=600oC，t2=25oC
tC =65.9% 实际t =40% 回热和联合循环t 可达50%
第四章 热力学第二定律
27
4-3 熵
熵的导出 定义：熵
比熵
dS Qre
T
ds qre
T
在微元可逆过程中，工质 熵的增加等于工质所吸收 的热量除以工质的热力学 温度。
小知识
于19世纪中叶首先克劳修斯(R.Clausius)引入，式中 S从1865年起称为entropy，由清华刘仙洲教授译成 为“熵”。
热力学第一定律描述： ➢热过程中能量之间数量的关系 ➢未限定热过程进行的方向
满足热力学第一定律的热过程都能够实现吗？
经验告诉我们，满足热力学第一定律的所有热过程不 一定都能够实现，热过程的发生是有方向、条件和限 度的。 热力学第二定律揭示了这一规律。
第四章 热力学第二定律
2
热力学第二定律导入
热力学第二定律的表述内容是什么？
（＝可逆；>不可逆）
第四章 热力学第二定律
35
S与传热量的关系
S1212 S2 S1
Q
12 T
= 可逆 >不可逆 <不可能
针对过程
对于循环 =0
0
Q
T
克劳修斯 不等式
S
Q
T
除了传热，还有其它因素影响熵
不可逆绝热过程 Q 0 dS 0
不可逆因素会引起熵变化 总是熵增
第四章 热力学第二定律
怎样判断任一热过程能否进行，即进行的方 向？
怎样判断任一热过程能够进行的条件，即付 出的代价是什么？
怎样判断任一热过程进行的限度，即热效率 为多少？
今天这节课我们来学习热力学第二定律的相关内容， 同时解答上述几个问题。
第四章 热力学第二定律
3
4-1 自发过程的方向性与热力学第二定律的表述
自发过程：不需要任何外界作用而自动进行 的过程。
2)不可逆热机tIR < 同热源间工作可逆热机tR tIR < tR= tC
∴ 在给定的温度界限间工作的一切热机，
tC最高
热机极限
第四章 热力学第二定律
25
卡诺定理举例
A 热机是否能实现
tC
1 T2 T1
1 300 1000
70%
t
w q1
1200 2000
60%
可能
如果：W=1500 kJ
第四章 热力学第二定律
28
熵的物理意义
定义：熵 dS Qre
T
可逆时
dS 0 dS 0 dS 0
比熵
ds qre
T
Q 0 Q 0 Q 0
熵的物理意义： 熵变表示可逆过程中热交换的方向和大小
第四章 热力学第二定律
29
熵是状态量
dS 0
可逆循环
Q
T
0
Q Q 0
1a2 T
克劳修斯表述：
不可能将热从低温物体传至高温物体而不引 起其它变化 (/而不付出某种代价) 。
开尔文－普朗克表述：
不可能从单一热源取热，并使之完全转变为 功而不产生其它影响。(第二类永动机是不可能制造
成功的)。
第四章 热力学第二定律
7
克劳修斯表述 Clausius statement
不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起 其它变化(/而不付出某种代价)。
放热Q1
制冷系数：制冷装置的工作系数
制冷装置 或热泵
Wnet
Q2 Q2
Wnet Q1 Q2 供热系数：热泵的工作系数
吸热Q2 低温热源
Q1 Q1
Wnet Q1 Q2
1
第四章 热力学第二定律
18
卡诺循环
热一律否定第一类永动机--t>100％不可能 热二律否定第二类永动机--t=100％不可能
传热
机械能--摩-擦转--生变--热-> 热能 自发 机械能<---热 转--机 变--- 热能 代价
热力学第二定律 揭示了热过程进 行的方向、条件 和限度
如果要想使自发过程逆向进行，就必须付出某种代价， 或者说给外界留下某种变化。（条件）
经验和事实表明：自然界一切与热现象有关的过程都 是按照一定方向进行的，都是不可逆的。
பைடு நூலகம்
高温物体
压缩制冷装置：低温物体热量 转移至高温物体
代价：花费机械能
低温物体
压缩制冷装置
即以机械能转变为热能这一自发 过程，作为实现热从低温物体转 移至温物体所必需的补偿代价。
热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至 高温物体。
第四章 热力学第二定律
8
开尔文－普朗克表述 Kelvin－Planck Statement
t,max ?（限度）
卡诺循环与卡诺定理
第四章 热力学第二定律
19
卡诺循环
热二律奠基人
法国工程师卡诺 (S. Carnot，1796-1832)， 1824年提出了一种理想热机工作循环。 它由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过 程组成。
效率最高
第四章 热力学第二定律
20
卡诺循环——理想可逆热机循环
第四章 热力学第二定律
15
经过一个正向循环， dU 0
根据热力学第一定律，
高温热源
Q1 Q2 Wnet
吸热Q1
循环热效率： 指正向循环所
做的净功Wnet与循环中高温热 热机
Wnet
源加给工质的热量Q1之比值
t
Wnet Q1
Q1 Q2 Q1
1 Q2 Q1
放热Q2 低温热源
循环热效率t用来评价正向循环的热经济性。 显然，t < 1。
第二类永动机：设想的从单一热源取热并
使之完全变为功的热机。
这类永动机
并不违反热力 学第一定律
热源T1
Q吸 第二类
永动机
热机
但违反了热
W
力学第二定律
第二类永动机是不可能制造成功的
第四章 热力学第二定律
12
热力学第二定律的实质
自发过程都是具有方向的（方向） 若想逆向进行必付出代价（条件） 热机的热效率不可能达到100%（限度）
一定条件下，热机的
热效率最大max能达
到多少？
第四章 热力学第二定律
13
4-2 卡诺循环与卡诺定理
热力循环：工质经过一系列的状态 p
变化，重新回复到原来状态的全部
过程。
根据循环中过程是否可逆，可分为：
v
➢ 可逆循环：全部由可逆过程组成的循环；
➢ 不可逆循环：循环中有部分过程或全部过程是不可 逆过程的循环。
800 kJ 500 kJ
27 oC
注意 热量的正和负是站在循环的立场上
第四章 热力学第二定律
34
不可逆过程的熵变
对于任意不可逆循环，根据 克劳修斯不等式
Q
T
0
Q Q
0
1a2 T
2b1 T
Q Q
2b1 T
1b2 T
Q
1a2 T
Q
1b2 T
S12
S12 S2 S1
Q
12 T
不可能从单一热源取热，并使之完全转变为 功而不产生其它影响。
案例1：活塞式内燃机中，燃料 在气缸中燃烧，用燃烧产物作为 工质，推动活塞做功，再由连杆 带动曲轴转动。
那么燃料燃烧后产生的热能, 能够全部转化为机械能吗？
第四章 热力学第二定律
9
限度问题：热机的热效率t不可能等于100%
答案是否定的，即热能不能 100% 转化为机械能。用 得最广泛的内燃机，一般只有40%左右的热能可以转 化为机械能。
第四章 热力学第二定律
16
逆向循环：
消耗功将热量从低温热源转移到高温热源的 循环，如制冷装置循环或热泵循环。
在p-v与T-s图上，逆向循环按逆时针方向进行。
第四章 热力学第二定律
17
根据热力学第一定律， Wnet Q1 Q2
Q1 Q2 Wnet
高温热源
通常用下列两个参数来评价逆向 循环的热经济性:
➢ 热量由高温物体传向低温物体，例如：
Q1
Q2
热水
冷水
➢ 机械能通过摩擦转变为热能，例如汽车刹车时 ➢ 水自动地由高处流向低处 ➢ 电流自动地由高电势流向低电势