热力学第二定律9-孤立系统熵增原理、熵方程及讨论概要

工程热力学熵Entropy热二律推论之一卡诺定理给出热机的最高理想热二律推论之二克劳修斯不等式反映方向性热二律推论之三熵反映方向性工程热力学孤立系统熵增原理孤立系统0fdS无质量交换0gisodSdS结论：孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小，这一规律称为孤立系统熵增原理。无热量交换无功量交换=：可逆过程：不可逆过程热二律表达式之一工程热力学IncreaseofentropyprincipleTheentropyofanisolatedsystemduringaprocessalwaysincreaseor,inthelimitingcaseofareversibleprocess,remainsconstant.孤立系统熵增原理：孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。工程热力学为什么用孤立系统？孤立系统=非孤立系统+相关外界iso0dS=：可逆过程reversible：不可逆过程irreversible：不可能过程impossible最常用的热二律表达式工程热力学孤立系熵增原理举例(1)传热方向(T1T2)QT2T1QST用用fgSSS用iso0S没有循环不好用不知道用克劳修斯不等式0rQTÑrQT工程热力学孤立系熵增原理举例(1)QT2T112isoTT122111QQSSSQTTTT取热源T1和T2为孤立系当T1T2可自发传热iso0S当T1T2不能传热iso0S当T1=T2可逆传热iso0S工程热力学孤立系熵增原理举例(1)QT2T1iso2111SQTT取热源T1和T2为孤立系isoSSTT1T2工程热力学孤立系熵增原理举例(2)两恒温热源间工作的可逆热机Q2T2T112isoTTRSSSSS功源RWQ1功源12120QQTT22tt,C1111QTQT工程热力学孤立系熵增原理举例(2)Q2T2T1RWQ1功源12iso120QQSTTSTT1T2两恒温热源间工作的可逆热机工程热力学孤立系熵增原理举例(3)T1T2RQ1Q2W假定Q1=Q1’，tIRtR，W’W'22QQ2112QQTT∵可逆时IRW’Q1’Q2’两恒温热源间工作的不可逆热机12isoTTIRSSSSS功源1212''QQTT0工程热力学孤立系熵增原理举例(3)T1T2IRW’Q1’Q2’两恒温热源间工作的不可逆热机12iso12''0QQSTTSTT1T2RQ1Q2WisoS工程热力学孤立系熵增原理举例(4)功热是不可逆过程T11isoT10QSSST功源WQ功源单热源取热功是不可能的1isoT10QSSST功源工程热力学孤立系熵增原理举例(5)Q2T2T0WQ1功源1202QQTT冰箱制冷过程02isoTTSSSSS冰箱功源若想iso0S必须加入功W,使12QQ工程热力学作功能力损失RQ1Q2WR卡诺定理tRtIRRIR121222('')'WWQQQQQQ可逆T1T0IRWIRQ1’Q2’作功能力:以环境为基准,系统可能作出的最大功假定Q1=Q1’，WRWIR作功能力损失工程热力学121222101000''QQQQQQTTTTTT作功能力损失T1T0RQ1Q2W22'QQ11221100''QQQQTTTTIRW’Q1’Q2’12isoTTIRRSSSSS假定Q1=Q1’，WRWIR作功能力损失02tt,C1111TQQT1210QQTT220'QQT0isoTS工程热力学熵方程闭口系21fgSSS开口系out(2)in(1)ScvQWcvfgi,ini,ini,outi,out11nniidSdSdSmsms稳定流动cv0dSinoutmmmfginout0()dSdSssm21fgdSdSdS21fgSSS工程热力学(一)熵的性质和计算不可逆过程的熵变可以在给定的初、终态之间任选一可逆过程进行计算。熵是状态参数，状态一定，熵有确定的值；熵的变化只与初、终态有关，与过程的路径无关熵是广延量熵的讨论工程热力学(二)熵的表达式的联系reqdsTfgsssqsT•可逆过程传热的大小和方向•不可逆程度的量度gs作功能力损失0iso0gTsTs•孤立系iso0sg0s•过程进行的方向•循环0s克劳修斯不等式熵的讨论0rqTÑ工程热力学(三)熵的问答题•任何过程，熵只增不减•若从某一初态经可逆与不可逆两条路径到达同一终点，则不可逆途径的S必大于可逆过程的S•可逆循环S为零，不可逆循环S大于零╳╳╳•不可逆过程S永远大于可逆过程S╳熵的讨论工程热力学•若工质从同一初态，分别经可逆和不可逆过程，到达同一终态，已知两过程热源相同，问传热量是否相同？相同初终态，s相同qsT=：可逆过程：不可逆过程热源T相同RIRqqquw相同RIRww熵的讨论工程热力学•若工质从同一初态出发，从相同热源吸收相同热量，问末态熵可逆与不可逆谁大？相同热量，热源T相同qsT=：可逆过程：不可逆过程IRRss相同初态s1相同2,IR2,Rss熵的讨论工程热力学•理想气体绝热自由膨胀，熵变？0U0T典型的不可逆过程22iso21v11lnlnTvSSSmcRTvAB真空0熵的讨论工程热力学热二律解决的典型问题1.某循环或过程能否实现?2.某循环或过程的最大最小可能性iso0Siso0S可逆时工程热力学•热二律的表述•热二律的表达式•熵•孤立系熵增原理小结Summary重点