热工基础电子教案幻灯片.ppt

热工基础电子教案第1页，共19页，编辑于2022年，星期日热力学第二定律揭示：能量不但有数量之分，还有方向之别，品质之别。n电 热（100）但热 电（100）n1000的热能比100的热能更有用，更有价值。n能量的品质不能自动升高，只能自动降低，理想情况是不变。n2.1 热力过程的方向性n热过程是有方向性的，是不可逆的。第2页，共19页，编辑于2022年，星期日 不等温传热过程是不可逆的两个物体、，设，那么、接触，就有从中传出，就有流入。第一定律指出：但相反的过程，即放热，吸热，即使满足，也不会发生。即低温物体热量不会自动流入高温物体，否则将会出现很多怪现象。A TA B TB第3页，共19页，编辑于2022年，星期日 自由膨胀过程是不可逆的第一定律指出：膨胀前与后必须满足：但相反过程，即使仍满足，也不可能发生，没有谁见过气体能自动恢复一半真空的。12第4页，共19页，编辑于2022年，星期日 功热转换过程是不可逆的o功可以自动地转换为热（注意：自发、自动）o焦耳实验中的重物下降引起搅拌器转动，通过摩擦使功自发变为热。相反的过程不可能发生。o总之：有摩擦、电阻、磁阻、非弹性形变等耗散效应存在的过程都是不可逆的。o 混合过程是不可逆的，任何涉及到热现象的实际宏观过程都是不可逆的。o虽然，实际过程是不可逆的，但减小不可逆因素，过程的不可逆性就会相应减少，减少到可以忽略，过程就趋于可逆过程。第5页，共19页，编辑于2022年，星期日可逆过程的共同特征：na它必须是准平衡过程。（力、热、化学平衡）nb过程中不包括有摩擦、磁电阻等耗散效应。n上述不可逆过程，我们强调了不能“自动”发生，不是说不能发生，不然盐、真空、冷饮从何来？n如果要发生，外界必须提供能量、某种补偿，制冷过程就必须消耗机械作为补偿。第6页，共19页，编辑于2022年，星期日2.2 第二定律的表述n第二定律是大量观察、无数经验总结、千百次重复没有一次例外总结出来的。n它指出：一切实际的宏观热过程都是不可逆的，具有方向性，这是热过程的基本特征。也正是第二定律要揭示的基本事实和基本规律。n由于热过程种类很多，它们的不可逆性并不是孤立的，是彼此相关的，等效的。因此，第二定律有多种表述，但它们是等效的，一种表述成立则另一种表述也必然成立。第7页，共19页，编辑于2022年，星期日典型说法：n克劳修斯(1850年)：不可能把热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。n开尔文(1851年)：不可能从单一热源取热使之完全变为功而不引起其它变化。n普朗克：不可能制造一部机器，它在循环中把一重物升高而同时使一热源冷却。n历史上出现过违反能量守恒定律的第一类永动机的设想，还出现过违反第二定律的第二类永动机的设想（不违反第一定律）第8页，共19页，编辑于2022年，星期日热力学第二定律的其他表述n喀喇氏表述：在一个任意给定的初始状态附近，总是存在着一些经绝热过程不能达到的状态。n单一公理法则：约束系统可以从一个初始的允许状态，经过一系列的中间允许状态，变化到最终唯一确定的稳定平衡状态，而不会在外界产生任何影响。n稳定平衡定律：过程总是朝着单一的方向进行的（单向性）（单向性），每个中间允许状态只能经历一次（演进性）（演进性），过程的终态是唯一的（唯一性）（唯一性），当系统达到稳定平衡态时过程就结束（有限（有限性）性）。过程中系统的能量保持不变（守恒性）（守恒性），但是，系统能量的做功能力（能质）是下降的（衰变性）（衰变性）。过程中在外界不会产生任何影响（孤立性）（孤立性）。第9页，共19页，编辑于2022年，星期日n它要求冷却一个热源来产生有用功而不产生其它影响。n如果这种设想能成立，就可利用环境中无限的热能做功。n所以：第二类永动机是造不成的。n一切不可逆过程是相互联系的，各种表述是等效的，它反映的是热力过程的不可逆性。n第二定律是经验定律，但没有违反之例，只有同时遵守一、二定律的过程才能发生。第10页，共19页，编辑于2022年，星期日第二定律有多种表述，但是等效的，一种表述成立则另一种表述也必然成立。n但第二定律推广到宇宙空间去时，会产生热寂说，这种学说是错误的。n2.3 卡诺定理n历史上，卡诺定理是第二定律的出发点，早在一、二定律建立之前，卡诺就在分析影响蒸汽机的功热转换的各种因素的基础上，于1824年提出了卡诺定理。但他对这个定理的证明是错误的。（依据热质说和第一类永动机不能实现，前者后来被证明是错误的，后者不可能证明卡诺定理）n克劳修斯与开尔文正是从卡诺定理得到思路提出热力学第二定律的。第11页，共19页，编辑于2022年，星期日定理一：相同热源和冷源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率，与工质无关，均等于定理二：相同热源和冷源间工作的可逆热机的效率恒高于不可逆热机的效率。结论：所有可逆热机效率相等，不可逆热机效率恒小于可逆热机效率。于是，所有可逆热机效率只与热源温度有关，与所使用工质无关。第12页，共19页，编辑于2022年，星期日2.4 卡诺循环(Carnot cycle)n它是恒温热源间工作的理想可逆循环，它由个定温过程及2个可逆绝热过程构成。n原因：为使循环在吸放热过程中可逆，在吸、放热过程中，与冷热源的温差为无限小，只能是等温过程。要组成循环，还需加入其它过程。这些过必须在与之间变温，所以，只能是绝热过程，因此有两条绝热线。第13页，共19页，编辑于2022年，星期日在图T-S图和p-V图上可表示为：吸热量，放热量，完成功量效率：1234THTLTSS2S1Q1Q21243pv第14页，共19页，编辑于2022年，星期日对卡诺循环分析可得到如下结论：1)卡诺循环效率仅与热源温度有关，而与工质和热机类型无关。2)提高和降低L，可以提高，但 ，所以3)当时，c0（单热源热机不可能造成的）第15页，共19页，编辑于2022年，星期日2.5 状态参数熵 第二定律有多种表述，各种表述是等效的，最根本是告诉我们，所有热过程都是不可逆的，它们的发展是有方向性的。当然，不同的热过程有不同的可逆性，但不同的可逆性不是孤立的，彼此是相互联系的，它们有共同的本质特征。因此，可用同一物理量描述这一本质特征，这个物理量就是熵。所以熵是用来描述所有不可逆过程共同特征的热力学参数，它是一个状态参数。第16页，共19页，编辑于2022年，星期日n本书还以更直接的方式引入了熵的概念：n功pd（可逆过程，是一个过程量）ndx（牛顿力学中）np是作功的推动力，容积变化dV是作功的标志。n而功和热都是过程的特征量（单位相同，地位相同），必有共性，所以也应有类似关系。n可猜想：dSn这标明：是传热的推动力，ds是传热的标志。n那么，我们就叫为熵（状态参数）第17页，共19页，编辑于2022年，星期日本章要点：n热力学第一定律：n膨胀功：n技术功：n焓：n开系能量平衡方程：pV 第18页，共19页，编辑于2022年，星期日稳定流动系统的能量平衡方程：卡诺循环(Carnot cycle)：由个定温过程及2个可逆绝热过程构成熵的概念：dS第19页，共19页，编辑于2022年，星期日