热力学第二定律7卡诺循环与卡诺定理ppt课件.ppt

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1、工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分热力学第二定律Second Law of Thermodynamics第七讲：卡诺循环与卡诺定理工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系

2、统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分热力学第二定律基本表述克劳修斯表述克劳修斯表述 不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。开尔文开尔文-普朗克表述普朗克表述 不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分卡诺循环与卡诺定理法国工程师卡诺

3、法国工程师卡诺 ( (S. Carnot) )，1824年提出年提出卡诺循环卡诺循环热二律奠基人热二律奠基人效率最高效率最高工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分卡诺循环卡诺循环 理想可逆热机循环理想可逆热机循环卡诺循环示意图4-1可逆绝热压缩可逆绝热压缩过程，消耗功过程，消耗功1-2定温吸热定温吸热过程，过程， q1 = T1(s2-s1)2

4、-3可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀过程，对外作功过程，对外作功3-4定温放热定温放热过程，过程， q2 = T2(s2-s1)Carnot cycleCarnot heat engine工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分t1wq2212t,C121111TssTT ssT 卡诺循环热机效率卡诺循环热机效率卡诺循环卡诺循环热机效率热机效率T1T2R

5、cq1q2w122111qqqqq Carnot efficiency工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分卡诺循环热机效率的说明 t,c只取决于恒温热源只取决于恒温热源T1和和T2 而与工质的性质无关；而与工质的性质无关；2t,C11TT T1 t,c , T2 c ，温差越大，温差越大， t,c越高越高 当当T1=T2， t,c = 0,

6、单热源热机不可能单热源热机不可能 T1 = K, T2 = 0 K, t,c t,IR1WQt,R1WQ Q1= Q1 W W “热质说热质说”，水，水, 高位到低位，作高位到低位，作功，流量不变功，流量不变热经过热机作功，高温到低温，热热经过热机作功，高温到低温，热量不变量不变Q2= Q1 Q2= Q1 Q2= Q2T1和和T2无变化，作出净功无变化，作出净功W-W , 违反热一律违反热一律把把R逆转逆转Q1Q2R工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电

7、站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分卡诺证明的错误恩格斯恩格斯说卡诺定理头重脚轻说卡诺定理头重脚轻 开尔文重新证明开尔文重新证明 克劳修斯重新证明克劳修斯重新证明 热质说热质说 用第一定律证明第二定律用第一定律证明第二定律工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分开尔文的证

8、明反证法若若 tIR tR T1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIRIRRWWWIR- WR = Q2 - Q2 0T1无变化无变化从从T2吸热吸热Q2-Q2违反开表述，单热源热机违反开表述，单热源热机WR假定假定Q1= Q1 要证明要证明把把R逆转逆转-WRWIR=Q1-Q2WR=Q1-Q2 对外作功对外作功WIR-WR t,IRt,R工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系

9、统接线组成中一个重要组成部分克劳修斯的证明反证法假定：假定：WIR=WR若若 tIR tRT1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIRIRR11WWQQ Q1 0从从T2吸热吸热Q2-Q2向向T1放热放热Q1-Q1不付代价不付代价违反克表述违反克表述 要证明要证明 Q1-Q2= Q1-Q2 WR把把R逆转逆转t,IRt,R工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要

10、组成部分卡诺定理推论一 在两个不同温度的恒温热源间工作的一在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆热机，具有相同的热效率，且与工质切可逆热机，具有相同的热效率，且与工质的性质无关。的性质无关。T1T2R1R2Q1Q1Q2Q2WR1 求证：求证： tR1 = tR2 由卡诺定理由卡诺定理 tR1 tR2 tR2 tR1 WR2 只有：只有： tR1 = tR2 tR1 = tR2= tC与工质无关与工质无关工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、

11、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分卡诺定理推论二 在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆热机，其热效率总小于这两个热源间工作的可逆逆热机，其热效率总小于这两个热源间工作的可逆热机的效率。热机的效率。T1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIR 已证：已证： tIR tR 证明证明 tIR = tR 反证法反证法,假定：假定： tIR = tR 令令 Q1 = Q1 则则 WIR = WR 工质循环、冷热源均恢复原状，工质循环、冷热源均恢复原状，外界无痕迹，只有可逆才行，与外界无痕迹，只有可逆才

12、行，与原假定矛盾。原假定矛盾。 Q1- Q1 = Q2 - Q2= 0 WR工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分卡诺定理小结及意义1、在两个不同、在两个不同 T T 的恒温热源间工作的一切的恒温热源间工作的一切 可逆热机可逆热机 tR = tC 2 2、不可逆热机、不可逆热机 tIR 同热源间工作可逆热机同热源间工作可逆热机 tR tIR t

13、R= tC 在给定的温度界限间在给定的温度界限间工作的工作的一切热机一切热机， tC最高最高 热机极限热机极限 从理论上确定了通过热机循环实现热能转变为机械能的条件，从理论上确定了通过热机循环实现热能转变为机械能的条件，指出了提高热机热效率的方向，是研究热机性能不可缺少的准指出了提高热机热效率的方向，是研究热机性能不可缺少的准绳。绳。 对热力学第二定律的建立具有重大意义。对热力学第二定律的建立具有重大意义。工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器

14、、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分思考题思考题 温度界限相同的一切可逆机的效率都相等温度界限相同的一切可逆机的效率都相等? 一切不可逆机的效率都小于可逆机的效率一切不可逆机的效率都小于可逆机的效率?工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分卡诺定理举例卡诺定理举例 A 热机是否能实

15、现热机是否能实现1000 K300 KA2000 kJ800 kJ1200 kJ可能可能 如果：如果：W=1500 kJ2tC13001170%1000TT t1120060%2000wq1500 kJt150075%2000不可能不可能500 kJ工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分实际实际循环与卡诺循环循环与卡诺循环 内燃机内燃机 t1=

16、2000oC，t2=300oC tC =74.7% 实际实际 t =3040% 卡诺热机只有理论意义，最高理想卡诺热机只有理论意义，最高理想实际上实际上 T s 很难实现很难实现 火力发电火力发电 t1=600oC，t2=25oC tC =65.9% 实际实际 t =40%回热和联合循环回热和联合循环 t 可达可达50%工程热力学工程热力学变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分小小 结结 Summary 什么是卡诺循环 卡诺定理 卡诺定理的两个推论