第5章   熱力學第二定律
 本章基本要求
理解熱力學第二定律的實質(zhì)，卡諾循環(huán)，卡諾定理，孤立系統(tǒng)熵增原理，深刻理解熵的定義式及其物理意義。
熟練應(yīng)用熵方程，計算任意過程熵的變化，以及作功能力損失的計算，了解火用、火無 的概念。

基本知識點：

5．1  自然過程的方向性
一、磨擦過程
功可以自發(fā)轉(zhuǎn)為熱,但熱不能自發(fā)轉(zhuǎn)為功

二、傳熱過程
熱量只能自發(fā)從高溫傳向低溫

三、.自由膨脹過程
絕熱自由膨脹為無阻膨脹,但壓縮過程卻不能自發(fā)進行

四、混合過程
兩種氣體混合為混合氣體是常見的自發(fā)過程

五、燃燒過程
燃料燃燒變?yōu)槿紵a(chǎn)物(煙氣等),只要達到燃燒條件即可自發(fā)進行

結(jié)論:自然的過程是不可逆的

5．2 熱力學第二定律的實質(zhì)

一、.熱力學第二定律的實質(zhì)
克勞修斯說法：熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化
開爾文說法：不可能制造只從一個熱源取熱使之完全變?yōu)闄C械能，而不引起其它變化的循環(huán)發(fā)動機。

二、熱力學第二定律各種說法的一致性
反證法:（了解）

5.3  卡諾循環(huán)與卡諾定理

意義：解決了熱變功最大限度的轉(zhuǎn)換效率的問題

一.卡諾循環(huán):
1、正循環(huán)
組成：兩個可逆定溫過程、兩個可逆絕熱過程
過程a-b：工質(zhì)從熱源(T1)可逆定溫吸熱
b-c：工質(zhì)可逆絕熱(定'熵)膨脹
c-d：工質(zhì)向冷源(T2)可逆定溫放熱
d-a：工質(zhì)可逆絕熱(定熵)壓縮回復到初始狀態(tài)。
分析：
1、熱效率取決于兩熱源溫度，T1、T2，與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。
2、由于T1  T2 0，因此熱效率不能為1
3、若T1=T2，熱效率為零，即單一熱源，熱機不能實現(xiàn)。
逆循環(huán)：
包括：絕熱壓縮、定溫放熱。
定溫吸熱、絕熱膨脹。

卡諾定理：
1、所有工作于同溫熱源、同溫冷源之間的一切熱機，以可逆熱機的熱效率為最高。
2.在同溫熱源與同溫冷源之間的一切可逆熱機，其熱效率均相等.

5.4  熵與熵增原理
一、熵的導出
1865年克勞修斯依據(jù)卡諾循環(huán)和卡諾定理分析可逆循環(huán)，假設(shè)用許多定熵線分割該循環(huán)，并相應(yīng)地配合上定溫線，構(gòu)成一系列微元卡諾循環(huán)。
意義：
1． 可判斷過程進行的方向。
2． 熵達最大時，系統(tǒng)處于平衡態(tài)。
3． 系統(tǒng)不可逆程度越大，熵增越大。
4． 可作為熱力學第二定律的數(shù)學表達式

5．4熵產(chǎn)與作功能力損失

一、建立熵方程
一般形式為：(輸入熵一輸出熵)+熵產(chǎn)=系統(tǒng)熵變

或熵產(chǎn)=(輸出熵一輸入熵)+系統(tǒng)熵變
重點、難點
l．深入理解熱力學第二定律的實質(zhì)，它的必要性。它揭示的是什么樣的規(guī)律；它的作用。
2．深入理解熵參數(shù)。為什么要引入熵。是在什么基礎(chǔ)上引出的。怎樣引出的。它有什么特點。
3．系統(tǒng)熵變的構(gòu)成，熵產(chǎn)的意義，熟練地掌握熵變的計算方法。
4．深入理解熵增原理,并掌握其應(yīng)用。
5．深入理解能量的可用性，掌握作功能力損失的計算方法

6．過程不可逆性的理解，過程不可逆性的含義。不可逆性和過程的方向性與能量可用性的關(guān)系。
7．狀態(tài)參數(shù)熵與過程不可逆的關(guān)系。
8．熵增原理的應(yīng)用。
9．不可逆性的分析
思考題
1．自發(fā)過程為不可逆過程，那么非自發(fā)過程即為可逆過程。此說法對嗎?為什么?
2．自然界中一切過程都是不可逆過程，那么研究可逆過程又有什么意義呢?
3．以下說法是否正確?
①工質(zhì)經(jīng)歷一不可逆循環(huán)過程,因 <0，故 <0
②不可逆過程的熵變無法計算
③若從某一初態(tài)沿可逆和不可逆過程達到同一終態(tài)，則不可逆過程中的熵變必定大于可逆過程中的熵變。
4．某熱力系統(tǒng)經(jīng)歷一熵增的可逆過程，問該熱力系統(tǒng)能否經(jīng)一絕熱過程回復到初態(tài)。
5．若工質(zhì)經(jīng)歷一可逆過程和一不可逆過程，均從同一初始狀態(tài)出發(fā)，且兩過程中工質(zhì)的吸熱量相同，問工質(zhì)終態(tài)的熵是否相同？
6．絕熱過程是否一定是定熵過程？定熵過程是否一定滿足PvK=定值的方程？
7．工質(zhì)經(jīng)歷一個不可逆循環(huán)能否回復到初態(tài)？
8．用孤立系統(tǒng)熵增原理證明：熱量從高溫物體傳向低溫物體的過程是不可逆過程。

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