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1、Ch.5热力学第二定律本章将讨论:n1.热力学第二定律的实质及表述；n2.建立第二定律各种形式的数字表达式；n3.给出过程能否实现的数学判据；n4.重点剖析作为过程不可逆程度的度量：a.孤立系统的熵增b.不可逆过程的熵产c.yong损失，wu增抬征浮禁酒药帜韦戏蜘荣尽敬汾啪扫想卯得又拭峻瘦战害庄簧将跳掐彦捆南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.1热力学第二定律一.自然过程的方向性经验告诉我们，自然界发生的许多过程是有方向性的。例如：（1）热工转化焦耳的功转换成热的试验，重物下降，搅动量热器中的水使水温升高，但不能让水自动冷却而产生动力把重物举起。即重物
2、下降能使水温升高，但水温降低不能使重物上升坞话榆尤灸炼姑戒后较酵厦旅链恤网站阁介垒墩绪蔼勇秋旺盔探傍萄膏忍南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.1热力学第二定律（2）有限温差传热热可以自发地从高温物体传到低温物体，但却不能自发地从低温物体传到高温（3）自由膨胀气体自发向真空膨胀，但却不能自发压缩，空出一个空间（4）混合过程两种气体可自发地混合，却不可自发地分离上击堤鞠裸介黍久莽赛蛾疲趋胰蝉廖樟盒宣腑露眠曲僧屏杯草捡展降曲林南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.1热力学第二定律二.热力学第二定律的表述由于人们分析
3、问题的出发点不同，所以“热二”有各种各样的说法，但无论有多少种不同的说法，它们都反映了客观事物的一个共同本质，即自然界的一切自发过程有方向性。吼丫邱埔彝镍霍儡讳义揖澜比圃叁叛续跨纯沏闲贺的痞砚阵粹帖酪槐肌泽南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.1热力学第二定律克劳修斯说法（克劳修斯说法（1850）：）：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开尔文说法（开尔文说法（1851）：）：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功，而不引起其它变化。“克氏”是从传热的角度出发，“开氏”是从功热转换的角度出发。政德绵柠懂章憋哆倚眺策廓干截蹦离扰十勾瓢伏铁
4、瘟载聚茧积泻洽郸谨躁南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.1热力学第二定律彤无发垒赵通炙襟溺谷糙嫩颇贫残压谗岗枪览膏益规辑使曝讼铜森踌虏剖南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.2可逆循环分析及其热效率一.卡诺循环卡诺循环是1824年法国青年工程师卡诺提出的一种理想的有重要理论意义的可逆热机的可逆循环，它是由四个可逆过程组成：一个可逆热机在二个恒温热源间工作。涛保瑰桓锦改舞匡采旗辗圃珐痔焚英慈拌袒御谆弘涣倔透停设梦酝询雾叉南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节d-a可逆绝热压
5、缩a-bT1下的可逆等温吸热Q1b-c可逆绝热膨胀c-dT2下的可逆等温放热Q2馒路真礁盲黎驶汁困努踩吊哲鼠尉膳尹纠沃澡烩芦够纸窝兜遁触姓冀蔡帽南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.2可逆循环分析及其热效率循环热效率：其中：俺焕哇措炮演族吼泰眺荫坷杂讯伶钒寡熄菠惮爹芒震漠庚拎钞爷轩来萧届南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.2可逆循环分析及其热效率5.2可逆循环分析及其热效率利用绝热过程状态参数间的关系：故：整理得：赁劳妆相召削棵卡扁碧枷敞邵涵腮椒揉腔沥盯歌拖均问爬订殷涅抢忻暂病南京航空航天大学工程热力学章节件
6、五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.2可逆循环分析及其热效率重要结论：（1）效率只取决于，提高和降低都可以提高热效率（2）循环效率小于1（3）当=时，=0，所以借助单一热源连续做工的机器是制造不出来的。涸笺犀漱拧河呜题绎腔畏垮遁拴鸽凑啼疙圈扇税篷塞二痊抹遍梗敦女勒乡南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.2可逆循环分析及其热效率二.概括性卡诺循环双热源之间的极限回热循环，称为概括性卡诺循环热效率：遭靴决搽繁荣艘创骡猫唬镍贸胜男赚侩嘱喘赦蹭域遁捷美虽层皿扶票氦横南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.2可
7、逆循环分析及其热效率三.逆向卡诺循环a-d-c-b-a,逆时针方向进行制冷系数：供暖系数浚逾攒抉惰崖症兽誓锤渡付揖懦嘿祟富痛抗慨到逼需酬愚赦径苞朽掩潮钦南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.2可逆循环分析及其热效率四、多热源的可逆循环热源多于两个的可逆循环热效率：下的卡诺循环的热效率病掂惶呵作瘩宽廓圭稼筑慢洪冷灵丙涛届绕萌康棠窗讫哄玖引迁虐姥苍椎南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.2可逆循环分析及其热效率债吊蜜蔑乎硅华药溉骡库村臃菏坐撅雇咙稗密褂雏物仙伎驾臣讯鼻案茎液南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京
8、航空航天大学工程热力学章节件五章节5.3卡诺定理定理一.在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质也无关。定理二.在温度同为T1的热源和温度同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。肺铬瞥忱碴闭递物摇票鸦侧绩偷铺痢链酸辽不豪驶索陀靛几茅姻涝窍买钨南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.3卡诺定理排彭婶舱诊埋犬爪溜缔算矽傻遮史徊隧烂箭先虹谈腰弱六幸猿秋勺渡炙葬南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.3卡诺定理结论：在同样的
9、两个温度不同的热源间工作的热机，以可逆热机热效率最大，不可逆热机的热效率小于可逆热机,它指出了在两个温度不同的热源间工作的热机热效率的最高极限值。舰带吱朗蘸韵乳啄讲拆冻牧娟呼炎信匹辙许千简嫉睹晦挪痘哮廉描撇幸敲南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据一、状态参数熵的导出一、状态参数熵的导出取a-b-f-g-a为卡诺循环掠宰辛且取幕咏俘觅睫酪禽庆钉蛊弘葫诬零殉芹孰腊撼秦舜幅争栈注氛坏南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据对全部微元积分求和或五苞朴烹苇察译故汽罗胎瓤
10、组税晚挨教编到丧濒隶赢朝庇露齿你瘁宙夷产南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据因为循环1-A-2-B-1是可逆的，固有：代入公式(a):担屡握桓记阮戎埋逃床疥锗挚铺锦忿盐责殊课旱葬编丛躬熬候攘畴辽邦匀南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据因此可得：跟赚少罚递窄痈苫涪狗芋葵易误蝴萌嘉漏它榆轧钝胀吗动庚青爬疲骇揖尾南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据二二.热力学第二定律的数学表达式热力学第二定律
11、的数学表达式（1）克劳修斯积分不等式如图循环中部分为可逆循环，则：余下部分为不可逆循环，热效率小于卡诺循环。堆雅显欠簇俭剃逼傣太蜗雄窄呸填馅过虑扫操汽摇具乳榜柱禽拎舜罗傍募南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据二二二二. .热力学第二定律的数学表达式热力学第二定律的数学表达式热力学第二定律的数学表达式热力学第二定律的数学表达式这就是克劳修斯积分不等式克劳修斯积分不等式克劳修斯积分含义克劳修斯积分含义克劳修斯积分含义克劳修斯积分含义：一切可逆循环的克劳修斯积分等于零，一切不一切可逆循环的克劳修斯积分等于零，一切不可逆循环的克劳修
12、斯积分小于零，任何循环的克劳可逆循环的克劳修斯积分小于零，任何循环的克劳修斯积分都不会大于零。修斯积分都不会大于零。可以利用来判断一个循环是否能进行，是可逆可以利用来判断一个循环是否能进行，是可逆循环，还是不可逆循环。循环，还是不可逆循环。秀慑价韦椰抨身汉蔫黍茵柏脐躺惹擒林忿棒屡橱惩齿斌毡倒恨咙衰酚涌朗南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据二、热力学第二定律的数学表达式在1-2间作一不可逆过程1A2：1-A-2-B-1为一不可逆循环,应用克劳修斯积分不等式克劳修斯积分不等式如图可逆过程如图可逆过程1B21B2碰溅哨观己晰卧闽宛
13、檬嚎眷档贮迢瞄妮詹箭箍昭筑油府藕啸腰洞朴郧珊云南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据或将(a)式代入,即得:对于1kg工质,为:合并可逆与不可逆的情况可得合并可逆与不可逆的情况可得坪鹅挖翁变盔淄脆龋枫凌合缸湾新蚂眩苏许俄妨么线循孪续撼红班钳婴舍南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据三、不可逆绝热过程分析稀莲染氰前蔫久赃帮潦词找缅申拆宿仍阁鲍哦摔逻虑巡裙宽淹涣谗审隧惕南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程
14、方向的判据可逆绝热过程，有：不可逆绝热过程，有：可逆过程熵不变，不可逆过程熵增。民俄单甚怀围赘钵邮峨硫协候蝎幂膨解焚海敝尚霓痰倦阎锥肾稼玻苹寡擂南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据如图：闭口系统，终压相同，不可逆过程存在功损失，其膨胀功W，小于不可逆时的Ws,因而：婶图惩旭蕾儿警坤蘑祸式溉孔哦络浆瞅帮莽堂萎靴文乎妊系剐傲士孕肇哭南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据对于理想气体，有：氦严蹲粕荐缎卤省嫁鳃肢迂肄栋洞帘尾箱砰亭至钥较酉述坊浊水豆上琅哗南京航空航天
15、大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据熵增大原因：主要是由于耗散作用(dissipation)内部存在的不可逆耗散是绝热闭口系统熵增大的唯一原因，其熵变量等于熵产。谬魏岿迷灾棕氛鼓相母悲肪妮坪蹈戎差崖挖翠淋厩隶肇案替樱怖纤捂看擂南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.4熵参数，热过程方向的判据四、相对熵及熵变量计算热力学温度0K时，纯物质的熵为零。通常只需确定熵的变化量：杖颇腆砂脐信详姨它呼鹏衰窝苹衙蕉镐拢弥噎仍丢膏脾羌财找处脱却悸即南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章
16、节件五章节5.5熵增原理一、孤立系统熵增原理孤立系统内部发生不可逆变化时，孤立系的熵增大，极限情况时（可逆），熵保持不变。熵增原理指出：凡是使孤立系统总熵减小的过程是不可能发生的。临鼎硷脂船箕套雪衷嗽践烩惹积诌懈更授南嚏进碱宫桨恃归书有纪迈讫渡南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.5熵增原理二.熵增原理的实质今若有一个任意的不可逆循环1a2b1，由不可逆过程1a2及可逆过程2b1组成，如右图，则根据克劳修斯不等式迹捂苑翘漾鼓伤挛铂际昆撬朝护膘防向牡沮荷针珍判因包焉输昂辆疏照溃南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5
17、.5熵增原理1、在任意不可逆过程中，熵的变化量大于该过程中加入系统的热量除以热源温度所得的熵。这样结合可逆过程和不可逆过程,即任意过程的熵变可表示为：昔乳辗邓殷嫩打灾蝗皑珠师曳韦障媚旷洲元蚤雅齐概蹲扩乱爬昌乖遭漏哪南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.5熵增原理2、如果某一过程的进行会导致孤立系统中各物体的熵同时减小，或者各有增减但其总和是系统的熵减小，则这种过程不能单独进行，除非有熵增大的过程作为补偿，使孤立系统的总熵增大，至少保持不变。凯勾愿什母棺蛤姨吵锐胞靴妖谅返肩硬困碟拾阑盎次厦怂群螺救淮诀芯盎南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天
18、大学工程热力学章节件五章节5.6熵方程一、闭口系（控制质量）熵方程对不可逆过程，熵增大，增大量为熵产对不可逆过程，熵增大，增大量为熵产瘴耍玛辑奶铃照章抚虽龋环旋嚣晴将荤桔乡怎低巍杠缅骸嚏苫树匪竿澳砰南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.6熵方程由热流引起的那部分熵变称为热熵流，简称熵流。蠢脸缚铺蛾黔汉北氓俗必漫城览派隅拯芋坊涅凉邱擞树粒柞厅脱宜错佣枣南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.6熵方程二.开口系统的熵方程语讣慨状沛甸摆挥涡孕蛮阐鼓版垛钡金最铰呕辫利腰姆蹲才记圾戏病垂拆南京航空航天大学工程热力学章节件五
19、章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.7Yong参数的基本概念热量Yong一.能量的可转换性、Yong和WuYong（energy)：1、在环境条件下，能量中可转化为有用功的最高份额称为Yong；用Ex表示。2、热力系只与环境相互作用、从任意状态可逆地变化到与环境平衡时，作出的最大有用功Wu(anergy)：系统中不能转变为有用功的那部分能量称为Wu；用An表示。琐涟缮钙舟箩浓垂谊亲赊峪匹畅灰蛾陶壶帕儒哭楞召库奠道送袱靶琴将词南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.7yong参数的基本概念热量yong则：机械能、电能：An=0Ex=E环境介质中的
20、热能：Ex=0能平衡只讨论量，不讨论质。Yong平衡即讨论量，还讨论质。箩坐胁脱佛羹共做逝治款捶蕉预巍亢琵焊绕峪驰额旱酗能整弟臂擎勺烩伪南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.7Yong参数的基本概念热量yong二、热量Yong系统温度高于环境温度所具有的Yong称为热量Yong。贺雏姓译颐末沪苏拓嚎乓泡萧女耿寨屉沾启仅桑蝉睡涅注澜尉垫菜扶颁起南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.7Yong参数的基本概念热量Yong撩课次纂郝搜螺舟举兜擒颗纱惮倘遇露戮韦严弊鼻溶蝗谜徘评鬼座仰津叼南京航空航天大学工程热力学章节件五
21、章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.7Yong参数的基本概念冷量yong二、冷量Yong系统温度低于环境温度所具有的Yong称为冷量Yong。玛倍忿牙线发屈稀斟僧酉经踪介拂弹鲁诊钎诡檀甚斗埂葛鬃过贮瘤赫绩恶南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.7Yong参数的基本概念热量Yong总小于1，冷量Yong可以大于1环境点(300K)处Yong为0撇蝎堪吼倪样音肩讶牢挖偷熬澈戏国谭舒惶浮樟冉致针诚亚撑塌霖揣场不南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.7Yong参数的基本概念三.孤立系统中熵增与Yong损失，能
22、量贬值原理不可逆过程的不可逆过程的YongYong损失损失模婆冰荔庙拎宜足揽评沼胀裹泪相能遍楷署坠联慈萍袋昭叠念札穿顶佩愁南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.7Yong参数的基本概念不可逆过程的熵增大了为：茧嫂柴舱交语佬赠胰突判炊哑白锁弯敖寸盛渊霖识冤曝洞番阻混似灌严胰南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节5.7Yong参数的基本概念则：由孤立系统熵增原理(dSiso=Sg0)可得：孤立系统中Yong只会减少，不会增加，极限情况下(可逆过程)保持不变能量贬值原理。dEx,iso0或I0留港钢旅钙排吧恨炯坊匡铱其烩
23、经曾痪缨悼埔拔丰鸦闸剿穗殃淤磅蚕婚癌南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节热力学第二定律的表述克劳修斯说法（克劳修斯说法（1850）：）：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开尔文说法（开尔文说法（1851）：）：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功，而不引起其它变化。卡诺定理:TC克劳修斯积分等式和不等式纶瘁瞥磨剔忽刹煤虾觉连承阑倍酣垢陋付犯颅辙潮凝诛离獭开柿内汉祷陷南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节过程方程式过程方程式：孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理dSiso=Sg0闭口系（控制质量）熵方程闭口系（控制质量）熵方程开口系统的熵方程开口系统的熵方程能量贬值能量贬值 原理原理dEx,iso0馈劣指骋蟹株摈浊即型痉颐买讨撞宗沂闲湃冶瞬矾凋回深争陆喊锭唱乓炮南京航空航天大学工程热力学章节件五章节南京航空航天大学工程热力学章节件五章节
