1、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自发进行的过程是否都能自发进行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电势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
2、、放热其温度不变 有吸热，有放热有吸热，有放热但违反了热但违反了热力学第二定律力学第二定律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空调空调,制冷制冷代价：耗功代价：耗功完全等效完全等效!克劳修斯表述：克劳修斯表述：违反一种表述违反一种表述,必违反另一种表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？热二律奠基人热二律奠基人效率最高
3、效率最高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，过程， q2 = T2(s2-s1)t1wq2212t,C121111TssTT ssT 卡诺循环热机效率卡诺循环热机效率122111qqqqq 2t,C11TT T1T2制冷制冷2212Cqqwqq22121212211
4、2()()()T ssTT ssT ssTT1211TTTss2s1T2 c T2T1制热制热Ts1112qqwqq121112122112()()()T ssTT ssT ssTT2111TTs2s1T2 tAtBtAtBtAtBtAtB01212WQQQQ0011WWQQ11QQ11220QQQQtAtB01212WQQQQ11220QQQQ2tC13001170%1000TT t1120060%2000wqt150075%2000221111tcqTqT 12120qqTTpvacbd1212()0reabccdaqqqTTT 克劳修斯等式：克劳修斯等式：定义：定义：熵熵reQdST于于
5、19世纪中叶首先克劳修斯世纪中叶首先克劳修斯(R.Clausius)引入，式中引入，式中S从从1865年起称为年起称为entropy，由，由清华刘仙洲清华刘仙洲教授译成为教授译成为“熵熵”。小知识可逆过程，可逆过程， ， 代表某一代表某一状态函数状态函数。TqQT比比熵熵reqdsT定义：定义：熵熵reQdST热源温度热源温度=工质温度工质温度比比熵熵reqdsT0rQT 克劳修斯不等式克劳修斯不等式0dS 0Q0dS 0Q0dS 可逆时可逆时0Q熵变表示可逆熵变表示可逆过程中热交换过程中热交换的方向和大小的方向和大小熵的物理意义熵的物理意义0dS 可逆循环可逆循环0dS 0QT pv12ab
6、1 22 10abQQTT2 11 2bbQQTT1 21 2abQQTT1 21 2abSS 熵变与路径无关熵变与路径无关,只与初终态有关只与初终态有关0dSdS不可逆可逆2121SS 可逆不可逆0qT 克劳修斯不等式克劳修斯不等式pv12ab221111tqTqT 12120qqTT121 22 112()0irrabqqqTTT 1 22 10abqqTT212112qsssT任意不可逆循环任意不可逆循环0qT 2 11 2bbqqTT211 21 2abqqsTT pv12ab212112qsssT热二律表达式之一热二律表达式之一针对过程针对过程qwduTdsqwduqwwdsTT令：
7、令：fqsT熵产是由不可逆因素引起的，熵产是由不可逆因素引起的，不可逆不可逆时为时为正正，可逆可逆时为时为零零结论：结论：熵产是过程不可逆性大小的度量熵产是过程不可逆性大小的度量。熵流熵流熵流是由熵流是由热量热量的的流动流动带来的熵变，带来的熵变，吸热吸热为为正正；放热放热为为负负；绝热绝热为为零零令：令：gwwsT熵产熵产gfssdssysfgsyssss2g1sysqssTfgsyssss任意不可逆过程任意不可逆过程0s f0s g0s 可逆过程可逆过程f0ss g0s 不可逆绝热过程不可逆绝热过程0s f0s g0s 可逆绝热过程可逆绝热过程0s f0s g0s 不易求不易求gfssds
8、sys11sm22smfSCVdSgdS1212()fgCVsmsmSSdS1212CVfgsSSsmsm对于稳态稳流对于稳态稳流0CVs21mmm12()0fgssssisogSS21()gfssssgisoiSSS 理想气体理想气体2221v11lndTvScRTv仅仅可可逆逆过过程程适适用用2221p11lndTpScRTp2221pv11dvdpSccvpTs1234132131231QSSST 242141242QSSST 任何过程任何过程孤立系统孤立系统f0S 无质量交换无质量交换0gisoSS结论：结论：孤立系统的熵只能增大，或者不变，孤立系统的熵只能增大，或者不变， 绝不能减小
9、绝不能减小，这一规律称为这一规律称为孤立系统孤立系统 熵增原理熵增原理。无热量交换无热量交换无功量交换无功量交换=：可逆过程：可逆过程：不可逆过程：不可逆过程热二律表达式之一热二律表达式之一（1）可通过孤立系统的熵增原理）可通过孤立系统的熵增原理判断判断 过程进行的过程进行的方向方向（2）熵增原理可作为系统平衡的）熵增原理可作为系统平衡的判据判据 当孤立系统的当孤立系统的熵熵达到达到最大值最大值时，时， 系统处于热平衡。系统处于热平衡。（3）熵增原理与过程的）熵增原理与过程的不可逆性不可逆性密切相密切相 关，不可逆程度越大，熵增也越关，不可逆程度越大，熵增也越 大，由此可以大，由此可以定量地定
10、量地评价过程的热评价过程的热 力学性能的力学性能的完善性完善性。RIR121222()WWQQQQQQ作功能力作功能力:以环境为基准以环境为基准,系统可能作出的最大功系统可能作出的最大功假定假定 Q1=Q1 ， WR WIR 作功能力损失作功能力损失121222101000QQQQQQTTTTTT22QQ11221100QQQQTTTT12isoTTIRRSSSSS 假定假定 Q1=Q1 ， W R WIR 作功能力损失作功能力损失02tt,C1111TQQT 1210QQTT220QQT0isoTSl 熵是状态参数，状态一定，熵有确定的值；熵是状态参数，状态一定，熵有确定的值； 熵的变化只与初、终态有关，与过程的路熵的变化只与初、终态有关，与过程的路 径无关径无关 熵是广延量熵是广延量
