第5章+热力学第二定律——机械.ppt

第5章热力学第二定律
11/11/2017
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§ 热力学第二定律
⑴热力学第二定律的实质
自然界中的非人为过程大多是自发过程。如高温物体向低温物体传热的过程,运动物体的动能通过摩擦转化为热能的过程等都是自发过程,这些过程自发地只朝一个固定的方向发展
自发过程:无需补充条件而能自动发生和进行的过程
自发过程不存在对应的自发的反向过程;即使有反向过程也是非自发的,需有补充条件,因此其正、逆两过程的客观效应不可能一一相抵消,过程必然是不可逆的.
自发过程具有方向性,而且只能进行到一定深度,热力学第二定律就是这种客观规律的总结
热力学第二定律指出了事物发展的方向和人类活动的可能范围,从这个意义上讲,它是一种限定性的定律
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⑵热力学第二定律的几种经典表述
克劳修斯(Clausius)说法:
针对不同事物给出的热力学第二定律表述方式各不相同,表面看来甚至让人觉得有点风马牛不相干。但是,由于它们说的是同一个原理,因此实质上是一样的,可以论证,违背其中的一种说法,必定就违反其它的所有说法
热不可能自发地不付代价地从低温物体传至高温物体
开尔文(Kelvin)说法:
不可能从单一热源取热使之完全变为功而不产生其它影响
普朗克(Planck)说法:
不可能造成一部机器在循环动作中把重物举起而同时只使一热库冷却
热量传递
热功转换
热功转换
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§ 热力学循环及其工作系数
①热机循环
热力循环由若干个热力过程组成
全部由可逆过程组成的循环为可逆循环
热机循环——产生热变功效果的循环
也称作动力循环,或正向循环
热力学循环——
系统沿封闭路径经历一系列状态变化后重又回复到原有状态的热力过程
⑴热机循环和制冷循环
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正向循环
P
v
T
s
净效应:对外作功
净效应:吸热
正向循环:顺时针方向
2
1
1
2
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热机循环不断地变热为功,其必需条件是工质从高温热源吸热,并将其中的一部分传给低温热源
Q1
Q2
W0
热机
热机循环
低温热源 T2
高温热源 T1
热机循环的工作原理可抽象地以右图表示
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Q1
Q2
W0
制冷机
制冷机-热泵循环
低温热源 T2
高温热源 T1
②制冷循环
以消耗机械能为代价使热量从低温物体传向高温物体,产生制冷效果的循环过程
也称作逆向循环
制冷循环可抽象地以右图表示
热泵装置也按逆向循环工作,工作目的为了供热
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逆向循环
P
v
T
s
净效应:消耗外功
净效应:放热
逆向循环:逆时针方向
2
1
1
2
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⑵循环的净热量和净功
①净热量
②净功(w0、W0)
③循环的净功等于净热量
循环中系统与外界功相互作用的净效应
循环中系统与外界热相互作用的净效应
T
s
1
2
(系统自外界吸热量与
系统向外界放热量之差)
净热量
P
v
2
1
(系统对外界作功与
外界对系统作功之差)
净功
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⑶循环的工作系数(性能系数)
①热机的循环热效率
按循环中的1kg工质表达:
循环热效率
收益——循环的净功W0;
代价——从高温热源吸取的热量 Q1;
工作系数——热效率
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