第5章   热力学第二定律
 本章基本要求
理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。
熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无 的概念。

基本知识点：

5．1  自然过程的方向性
一、磨擦过程
功可以自发转为热,但热不能自发转为功

二、传热过程
热量只能自发从高温传向低温

三、.自由膨胀过程
绝热自由膨胀为无阻膨胀,但压缩过程却不能自发进行

四、混合过程
两种气体混合为混合气体是常见的自发过程

五、燃烧过程
燃料燃烧变为燃烧产物(烟气等),只要达到燃烧条件即可自发进行

结论:自然的过程是不可逆的

5．2 热力学第二定律的实质

一、.热力学第二定律的实质
克劳修斯说法：热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其它变化
开尔文说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变为机械能，而不引起其它变化的循环发动机。

二、热力学第二定律各种说法的一致性
反证法:（了解）

5.3  卡诺循环与卡诺定理

意义：解决了热变功最大限度的转换效率的问题

一.卡诺循环:
1、正循环
组成：两个可逆定温过程、两个可逆绝热过程
过程a-b：工质从热源(T1)可逆定温吸热
b-c：工质可逆绝热(定'熵)膨胀
c-d：工质向冷源(T2)可逆定温放热
d-a：工质可逆绝热(定熵)压缩回复到初始状态。
分析：
1、热效率取决于两热源温度，T1、T2，与工质性质无关。
2、由于T1  T2 0，因此热效率不能为1
3、若T1=T2，热效率为零，即单一热源，热机不能实现。
逆循环：
包括：绝热压缩、定温放热。
定温吸热、绝热膨胀。

卡诺定理：
1、所有工作于同温热源、同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为最高。
2.在同温热源与同温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等.

5.4  熵与熵增原理
一、熵的导出
1865年克劳修斯依据卡诺循环和卡诺定理分析可逆循环，假设用许多定熵线分割该循环，并相应地配合上定温线，构成一系列微元卡诺循环。
意义：
1． 可判断过程进行的方向。
2． 熵达最大时，系统处于平衡态。
3． 系统不可逆程度越大，熵增越大。
4． 可作为热力学第二定律的数学表达式

5．4熵产与作功能力损失

一、建立熵方程
一般形式为：(输入熵一输出熵)+熵产=系统熵变

或熵产=(输出熵一输入熵)+系统熵变
重点、难点
l．深入理解热力学第二定律的实质，它的必要性。它揭示的是什么样的规律；它的作用。
2．深入理解熵参数。为什么要引入熵。是在什么基础上引出的。怎样引出的。它有什么特点。
3．系统熵变的构成，熵产的意义，熟练地掌握熵变的计算方法。
4．深入理解熵增原理,并掌握其应用。
5．深入理解能量的可用性，掌握作功能力损失的计算方法

6．过程不可逆性的理解，过程不可逆性的含义。不可逆性和过程的方向性与能量可用性的关系。
7．状态参数熵与过程不可逆的关系。
8．熵增原理的应用。
9．不可逆性的分析
思考题
1．自发过程为不可逆过程，那么非自发过程即为可逆过程。此说法对吗?为什么?
2．自然界中一切过程都是不可逆过程，那么研究可逆过程又有什么意义呢?
3．以下说法是否正确?
①工质经历一不可逆循环过程,因 <0，故 <0
②不可逆过程的熵变无法计算
③若从某一初态沿可逆和不可逆过程达到同一终态，则不可逆过程中的熵变必定大于可逆过程中的熵变。
4．某热力系统经历一熵增的可逆过程，问该热力系统能否经一绝热过程回复到初态。
5．若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，均从同一初始状态出发，且两过程中工质的吸热量相同，问工质终态的熵是否相同？
6．绝热过程是否一定是定熵过程？定熵过程是否一定满足PvK=定值的方程？
7．工质经历一个不可逆循环能否回复到初态？
8．用孤立系统熵增原理证明：热量从高温物体传向低温物体的过程是不可逆过程。

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