第四章 热力学第二定律

第四章 热力学第二定律

第四章 热力学第二定律

热力循环 热力学第二定律的实质及表述 卡诺循环及卡诺定理 熵及孤立系统的熵增原理

第一节 热力循环

热力循环——就是工质从某一热力状态起始， 经过一系列状态变化后又回到原来初始状态 的热力过程。在状态参数坐标图上，循环成 为一封闭曲线，如图( a)中的封闭过程 1-2-34-1 。

若循环中全部过程都可逆，则该循环称为可逆循环； 若循环中部分过程或全部过程都不可逆，则该循环为 不可逆循环。 根据循环的热力学特征，可把循环分为热机循环（正 循环）和制冷循环（逆循环）。 正循环的效果是使热能转变为机械能，系统向外输出 功。如图所示，循环按顺时针方向进行，图（a）中12-3为工质膨胀，从高温热源吸收热量Q1。工质经3-41回到初态的过程中，工质受压缩，向低温热源放出热 量Q2。工质对外做功的净功为W，用循环1-2-3-4-1所 包围的面积表示，等于工质从高温热源吸取的热量与 向低温源放出的热量之差。即

W=Q1-Q2 正循环的经济性用循环热效率来评价。它等于工质 在整个循环中对外界做的净功与工质在循环过程中 从高温热源吸取的热量之比。即

W Q1 Q2 Q2 1 Q1 Q1 Q1 逆循环的效果是消耗一定的机械能，把热量从低温 热源转向高温热源。如下图所示。循环按逆时针方 向进行，图( a)中 1-4-3工质膨胀，从低温源吸收热 量Q2。工质经 3-2-1 回到初态的过程中，工质受压 缩，向高温热源放出热量 Q1。由于压缩过程线在

膨胀过程线的上方，则压缩功大于膨胀功， 所以，工质循环后要消耗的净功 W为 W=Q1-Q2

逆循环的经济性通常用工作系数来评价。所谓工作 系数，对制冷机，是指从低温源取出的热量Q2与 消耗的循环净功W之比，称为制冷系数，用ε 表示； 对热泵来说，是指供给热源的热量Q1与消耗的循环 净功W之比，称为供热系数。即

Q2 Q2 W Q1 Q2 Q1 Q1 W Q1 Q2

第二节 热力学第二定律的实质及表述

由热力学第一定律知：如果发生了一个热力过 程，其能量的传递和转换必然遵循热力学第一定律。 然而一个遵循热力学第一定律的热力过程是否能够 发生？热力学第一定律并未告诉我们。事实上，自 然界中遵循热力学第一定律的热力过程未必一定能 够发生。这是因为涉及热现象的热力过程具有方向 性。揭示热力过程具有方向性这一普遍规律的是独 立于热力学第一定律之外的热力学第二定律。它阐 明了能量不但有“量”的多少问题，而且有“品质” 的高低问题，在能量的传递和转换过程中能量的 “量”守恒，但