第五章热力学第二定律thesecondlawofthermodynamics

第五章热力学第二定律thesecondlawofthermodynamics内容摘要：

原理 一、熵方程 1. 熵流和熵产 rδd qsT其中 2f 1rδ qsT 吸热 “ +” 放热 “ –” 系统与外界 换热 造成系 统熵的变化。 grδd δqssT  fgδδss fgs s s   （热）熵流 30 sg—熵产， 非负 不可逆 “ +” 可逆 “ 0” 系统进行 不可逆过程 造成系统熵的增加 例 ： 若 TA = TB， 可逆，取 A为系统 21δAAARSTT   22f 11δδr B B AQ Q Q QST T T T    g 0S 31 取 B为系统 21δBBBRSTT  若 TATB， 不可逆，取 A为系统 21δAAARSTT   22f 11rδ δA A BQ Q Q QST T T T   g 0S 22f 11rδ δBBQ Q QST T T   gf11 0A B B AS S S QT T T T                  32 所以，单纯传热，若可逆，系统熵变等于熵流；若不可逆系统熵变大于熵流，差额部分由不可逆熵产提供。 2. 熵方程 考虑系统与外界发生质量交换，系统熵变除（热） 熵流，熵产外，还应有质量迁移引起的质熵流，所以 熵方程应为： 流入 系统熵 流出 系统熵 +熵产 =系统 熵增 其中 流入 流出 热迁移 质迁移 造成的 热 质 熵流 例 A4221441 例 A4412553 例 A442265 33 r,δδ liilQmsTgr,δδ δ δ dli i j jlQm s m s S ST     δ jjmsgδSf , g()i i j j lS s m s m S S     δ iims δ jjmsrllQTδWdS流入 流出 熵产 熵增 34 熵方程核心： 熵可随热量和质量迁移而转移；可在不可逆过程中自 发产生。 由于一切实际过程不可逆，所以熵在能量转移 过程中自发产生（熵产）， 因此熵是不守恒的，熵产是 熵方程的核心。 闭口系熵方程： fgδ 0 δ 0ijmms s s  闭口绝热系： g00q s s   可逆“ =” 不可逆“ ” f , g( δ δ )i i j j lS s m s m S S    闭口系： 35 绝热稳流开系： f2 1 g00ss s s  CV2100Sss1 2 C Vδ δ δ d0m m m S  稳定流动开口系熵方程（仅考虑一股流出，一股流进） 稳流开系： 矛盾 ?  1 2 f gδ δ δ 0s s m S S   2 1 f gs s s s  f , g( δ δ )i i j j lS s m s m S S    例 A140155 例 A444277 36 二、孤立系统熵增原理 由熵方程  fgδδi i j jS s m s m S S     因为是孤立系 fδ 0 δ 0 δ 0 0i j lm m Q S   is o gd δ0SS可逆取 “ =” 不可逆取“ ” 孤立系统熵增原理： 孤立系内一切过程均使孤立系统熵增加，其极限 — 一切过程均可逆时系统熵保持不变。 37 3）一切实际过程都不可逆，所以可 根据熵增原理判 别过程进行的方向 ； 讨论： 1） 孤立系统熵增原理 ΔSiso=Sg ≥ 0， 可作为 第二定律 的 又一数学表达式，而且是 更基本的一种表达式 ； 2） 孤立系统的熵增原理可推广到闭口绝热系； 4） 孤立系统中一切过程 均不改变其总内部储能，即 任意过程中 能量守恒。 但各种不可逆过程均可 造成机械能损失，而 任何不可逆过程均是 ΔSiso0， 所以 熵可反映某种物质的共同属性。 例 38 nTqsq 11  热热源：失12i soHL12HL00qqsTTqqTT       R ―=‖ IR “” 1, , n e t , n e t ,qt R t I R R I Rww   同样不可逆使 孤立系熵增大 造成后果是 机械能（功）减少 a) 热能 机械能 LTqsq 22  冷冷源：得n e t 0ws 热机：输出39  热 量高 温 低 温b) AA TqsqA 失:i s o11 0BAsqTT   R ―=‖ IR “” 若不可逆， TATB,， 以 A为热源 B为冷源，利用热机可使一部分热能转变成机械能，所以 孤立系熵增大 这里也意味着机械能损失。 BB TqsqB 得:40 c) 机械功（或电能）转化为热能 输入 WsQ（ =Ws）， 气体由 T1 上升到 T2， v1=v2。 工质熵变 2 21 1δ l n 0VRTQS m cTT 。