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第五章 热力学第二定律

1.基本概念

热力学第二定律：

开尔文说法：只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的。 克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。

第二类永动机：从单一热源取得热量，并使之完全转变为机械能而不引起其他变化的循环发动机，

称为第二类永动机。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。

孤立系统熵增原理：任何实际过程都是不可逆过程，只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行。 定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程，称为定熵过程。

热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能，则此循环称

为热机循环。

制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持这个低温称为制冷。 制冷机：从低温冷藏室吸取热量排向大气所用的机械称为制冷机。 热泵：将从低温热源吸取的热量传送至高温暖室所用的机械装置称为热泵。 理想热机：热机内发生的一切热力过程都是可逆过程，则该热机称为理想热机。

卡诺循环：在两个恒温热源间，由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的循环，称为卡诺循

环。 卡诺定理：

1．所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切可逆循环，其热效率都相等，与采用哪种工质无关。

2．在同温热源与同温冷源之间的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。

自由膨胀：气体向没有阻力空间的膨胀过程，称为自由膨胀过程。

2.常用公式

熵的定义式：

?s??2?qT J/kg K

1工质熵变计算：

?s?s2?s1，?ds?0

工质熵变是指工质从某一平衡状态变化到另一平衡状态熵的差值。因为熵是状态参数，两状态间的熵差对于任何过程，可逆还是不可逆都相等。 1．?s?cvlnT2v?Rln2T1v1精品

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理想气体、已知初、终态T、v值求ΔS。 2．?s?cPln

T2P?Rln2 T1P1理想气体已知初、终态T、P值求ΔS。 3．?s?cPlnv2P?cvln2 v1P1 理想气体、已知初、终态P、v值求ΔS。 4．固体及液体的熵变计算：

ds?TmcdT,?s?mcln2 TT15．热源熵变：

?s?Q T克劳修斯不等式：?

?QTr?0

任何循环的克劳修斯积分永远小于零，可逆过程时等于零。

ni?1闭口系统熵方程：?siso??ssys??ssur或?siso???si

式中：ΔSsys——系统熵变；

ΔSsur——环境熵变； ΔSI——某子系统熵变。

开口系统熵方程：

?siso??ssys??ssur?m2s2?m1s1

式中：m2s2——工质流出系统的熵；

m1s1——工质流入系统的熵。

不可逆作功能力损失： ?W?T0?SISO 式中：T0——环境温度；

ΔSISO——孤立系统熵增。

3.重要图表

精品

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图5-4卡诺循环的p-v图和T-s图 图5-4 逆卡诺循环的p-v图和T-s图 精品

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图5-7 任意可逆循环 图5-7 熵变、熵流与熵产

第六章 热力学微分关系式

1．基本概念

精品

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自由能：F =U－TS，F称为自由能，或称亥姆霍兹（Helmholtz）函数。 自由焓：令G = H－TS，G称为自由焓，或称吉布斯（Gibbs）函数。

2．重要公式

热力学能的基本关系式：

?Q?dU??W?dU?pdV

dU?TdS?pdV

焓的基本关系式：

dH?dU?pdV?Vdp dH?TdS?Vdp

自由能基本关系式：

dF??SdT?pdV

自由焓的基本关系式：

dG??SdT?VdP

麦克斯韦关系式：

(?T?V)??(?p?T?V?S?p?S?Vs?S)v (?p)s?(?S)p (?V)T?(?T)v ?(?p)T?(?T)p

热系数：

??1p(?p?T)?v????1?v?v(?T)p?

???1?v??v(?p)T??式中

?——压力温度系数；

(?p?T)v——物质在定容下压力随温度的变化率； ?——容积膨胀系数，或称热膨胀系数； (?v?T)p——物质在定压下比体积随温度的变化率；

?——定温压缩系数，或简称压缩系数；

(?v?p)T——物质在定温下比体积随压力的变化率，表示物质在定温条件下受压后的压缩性。精品

这