工热第5章p.ppt
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1、第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律能量之间能量之间数量数量的关系的关系热力学第一定律热力学第一定律能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律所有满足能量守恒与转换定律所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能的过程是否都能自发自发进行进行自发过程的方向性自发过程的方向性自发过程:自发过程:不需要任何外界作用而自动进不需要任何外界作用而自动进 行的过程。行的过程。自然界自发过程都具有方向性自然界自发过程都具有方向性l 热量由高温物体传向低温物体热量由高温物体传向低温物体l 摩擦生热摩擦生热l 水自动地由高处向低处流动水自动地由高处向低处流动l 电流自动地由高电势流向低电势电流自动地由高电势流向低
2、电势自发过程的方向自发过程的方向性性功量功量自发过程具有方向性、条件、限度自发过程具有方向性、条件、限度摩擦生热热量热量100%热量热量发电厂功量功量40%放热放热 热力学第二定律的实质热力学第二定律的实质能不能找出能不能找出共同共同的规律性的规律性?能不能找到一个能不能找到一个判据判据?自然界过程的自然界过程的方向性方向性表现在不同的方面表现在不同的方面热力学第二定律热力学第二定律55-1 -1 热力学第二定律热力学第二定律 热功转换热功转换 传传 热热 热二律的热二律的表述表述有有 60-7060-70 种种 1851年年 开尔文普朗克表述开尔文普朗克表述 热功转换的角度热功转换的角度 1
3、850年年 克劳修斯表述克劳修斯表述 热量传递的角度热量传递的角度开尔文普朗克表述开尔文普朗克表述 不可能从不可能从单一热源单一热源取热取热,并使之完全,并使之完全转变为转变为有用功有用功而不产生其它影响而不产生其它影响。热机不可能将从热机不可能将从热源热源吸收的热量全部转吸收的热量全部转变为有用功,而必须将某一部分传给变为有用功,而必须将某一部分传给冷源冷源。理想气体理想气体 T 过程过程 q=w冷热源冷热源:容量无限大,取、放热其温度不变容量无限大,取、放热其温度不变 但违反了热但违反了热力学第二定律力学第二定律热二律与第二类永动机热二律与第二类永动机第二类永动机:设想的从第二类永动机:设
4、想的从单一热源单一热源取热并取热并使之完全变为功的热机。使之完全变为功的热机。这类永动机这类永动机并不违反热力并不违反热力 学第一定律学第一定律第二类永动机是不可能制造成功的第二类永动机是不可能制造成功的环境是个大热源环境是个大热源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引起其它变化。热量不可能自发地、不付代价地从低不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体温物体传至高温物体。空调空调,制冷制冷代价:耗功代价:耗功两种表述的关系两种表述的关系开尔文普朗克开尔文普朗克表述表述 完全等效!克劳修斯表述克劳修斯表述:违反一种表
5、述,必违反另一种表述!法国工程师法国工程师卡诺卡诺(S.Carnot),1824年提出年提出卡诺循环卡诺循环既然既然t=100不可能热机能达到的热机能达到的最高效率最高效率有多少?有多少?S.卡诺卡诺 Nicolas Leonard Sadi Carnot(1796-1832)法国法国卡诺循环和卡诺定理卡诺循环和卡诺定理,热二律奠基人热二律奠基人卡诺循环卡诺循环 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绝热压缩绝热压缩过程,对内作功过程,对内作功1-2定温吸热定温吸热过程,过程,q1=T1(s2-s1)2-3绝热膨胀绝热膨胀过程,对外作功过程,对外作功3-4定温放热定温放热过程,过
6、程,q2=T2(s2-s1)卡诺循环卡诺循环热机效率热机效率卡诺循环卡诺循环热机效率热机效率T1T2Rcq1q2w t,c只取决于只取决于恒温恒温热源热源T1和和T2 而与工质的性质无关;而与工质的性质无关;卡诺循环卡诺循环热机效率的说明热机效率的说明 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,单热源热机不可能单热源热机不可能 T1=K,T2=0 K,t,c tR2 tR2 tR1 WR2 只有:只有:tR1=tR2 tR1=tR2=tC与工质无关与工质无关卡诺定理卡诺定理二二 在两个不同温度的在两个不同温度的恒温热源恒温热源间工作的任间工作的
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