第6章_2热力学分析-1
第六章热力学基础小结ppt课件
2600
QQCB
3200 600
B热源共吸收热量Q=3200J; C热源共放出热量600J.
2.13一个四壁竖直的大开口水槽，其中盛水，水深 为H。在槽的一侧水下深h处开一小孔。（1）射出 的水流到地面时距槽底边的距离是多少？（2）在槽 壁上多高处再开一小孔，能使射出的水流具有相同 的射程？（3）要想得到最大的射程，小孔要开在水 面以下多深处，最大射程为多少？
(3)在工作物质经过一个循环后: 熵变S 0,
由于制冷机为可逆机，则：＝ T2 200 1
T1 T2 400 200
则：＝1＝ Q2
A
Q2
A
若吸热836不变，则：Q2 A＝836，Q1 1672J , 总熵变：S＝1672 ＋－836 ＝0
400 200
若放热2508不变，则：Q1
卡
1
T2 T1
e卡
T2 T1 T2
(4).掌握热机和致冷机的工作原理图 .
三、热力学第二定律
1. 可逆过程和不可逆过程。
2. 热力学第二定律的两种表述。
3、 熵
2 dQ
S2 S1
1
T
,或dS dQ T
.
1. 定(1)义等:容过程
S
m M
CVm
ln
T2 T1
2.
理(2想) 等气压体过等程值过程S 的 M熵m 变CPm
ln
T2 T1
(3) 等温过程 S m R ln V2
M
V1
( 4 ) 绝热过程 S 0
（5）相变、同相温变过程的熵变
相变 : S l m , S m
T
T
(放热取 , 吸热取)
同相温变 : S cm ln T2 T1
热学-第6章热力学第二定律
气体自 由膨胀
会自动发生
不会自动发生
气体自 动收缩
气体向真空自由膨胀，对外没有做功，没有 吸收热量，是一个内能不变的过程。
外界不发生变化，气体收缩到原来状态是不 可能的。
•假设外界不发生变化，气体可以收缩到原来状态。
设计一个过程R ，使理想气体和单一热源接触，图（b）。从热源 吸取热量Q，进行等温膨胀对外做功A’=Q。 通过R过程使气体复原，图（c） 。 图（a）,（b）,（c） 过程总的效果：自单一热源吸取热量，全部 转变为对外做功而没有引起其他变化。
Q1 U(T) A u(T)S (T)S (u )S
表面系统经历微小卡诺循环对外做功：
所以
f (1,2 )
f (3,2 ) f (3,1)
3
因为
是任意温度，所以，
3
1
f (1,2 )
f (3,2 ) (2 ) f (3,1) (1)
Q2 Q1
2
即
（（12））
Q2 Q1
( ) 是 的普适函数，形式与 的选择有关。
开尔文建议引入温标T，且
T ( )
T叫做热力学温标或开尔文温标。
Q2 Q1
1
f
(1,2 )
（1）
f (1,2 )是 的普适函数，与工作物质性
质及Q1 和Q2无关。
设另有一温度为 3 的热源
两部热机工作与
3
,
和
2
3 ,1之间
3 1 1
22
则
Q2 Q3
f
(3,2 )
Q1 Q3
f (3,1)
（2）
因为
Q2
Q2 Q3
热学-统计物理6 第6章 热力学第二定律
热功转换
3. 热传导
两个温度不同的物体放在一起，热量将自动地由高温物体 传向低温物体，最后使它们处于热平衡，具有相同的温度。 温度是粒子无规热运动剧烈程度即平均平动动能大小的宏观 标志。初态温度较高的物体，粒子的平均平动动能较大，粒 子无规热运动比较剧烈，而温度较低的物体，粒子的平均平 动动能较小，粒子无规热运动不太剧烈。若用粒子平均平动 动能的大小来区分它们是不可能了，也就是说末态与初态比 较，两个物体的系统的无序度增大了，这种自发的热传导过 程是向着无规热运动更加无序的方向进行的。
热机Q2
A , A
E
Q1
Q1
T1
A Q2
Q1 可
逆 热 机
T2 E’
用反证法，假设
得到
A A Q1 Q1
Q1 Q1
Q1 Q2 Q1 Q2
Q2 Q2
两部热机一起工作，成为一部复合机，结果外界不对复合
机作功，而复合机却将热量 Q1 Q2 Q1 Q2 从低温热源送到高温热源，违反热力学第二定律。
自然界中的自发热传导具有方向性。
通过某一过程，一个系统从某一状态变为另一状态， 若存在另一过程，能使系统与外界同时复原，则原来的过 程就是一个可逆过程。否则，若系统与外界无论怎样都不 能同时复原，则称原过程为不可逆过程。单摆在不受空气 阻力和摩擦情况下的运动就是一个可逆过程。
注意：不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程逆向 进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能将原来正过程的痕 迹完全消除。
现在考虑4个分别染了不同颜色的分子。开始时，4个分 子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无 规则运动。隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如 下图所示：
第六章 热力学第二定律第六节 亥姆霍兹函数和吉布斯函数
——说明
•应用此判据时，需注意适用的条件
•A是系统的广度性质，单位：J
2023/2/20
3
二、吉布斯函数G(Gibbs function)
●定义
G=H-TS=U+pV-TS=A+pV
●应用
由G=H-TS =U+pV-TS
G=U+(pV)- (TS)=Q-psurrdV+W’+ (pV)-(TS) 定温定压下 GT,p=Qp-p V +W’+p V- TS = Qp+W’- TS 代热二律SQ/T入
的ΔA和ΔG。
解：不可逆相变过程，需设计可逆过程计算。在例6.2中已求出-
10℃，101.325 kPa时，水凝固成冰的ΔS＝-20.59 J·K-1，ΔH=-5643 J。 故
●说明 过程定温定压，ΔG<0，说明在题给条件下，过冷水能
自发地凝固成冰
2023/2/20
11
5． 掌握热力学基本方程；理解吉布斯——赫姆霍兹方程及其应用
6． 掌握偏摩尔量和化学势的概念；了解逸度、活度及标准态的概 念；理解化学势在处理平衡问题和研究多组分系统性质中的作用。
7．202了3/2解/20 稀溶液的依数性。
1
第六节 亥姆霍兹函数和吉布斯函数
一、亥姆霍兹函数A( Helmholz function)
——在定温定压及不做非体积功时条件下，吉氏函数的值总自发 地向减小的方向变化，当G之值不再减小后，系统即达平衡状态， 在此条件下时吉氏函数增大是不可能的——吉氏函数判据
——应用此判据时，也需注意适用的条件
化学变化和相变化大多在恒温恒压条件下进行。因此，吉氏函数 应用得更广泛
●注意 A和G皆为系统的容量性质，其绝对数值不知，乃辅助
热学(李椿+章立源+钱尚武)习题解答_第六章 热力学第二定律
第六章热力学第二定律6-1 设每小时能造冰m克，则m克25℃的水变成－18℃的水要放出的热量为25m+80m+0.5×18m=114m有热平衡方程得4.18×114m=3600×2922∴ m=2.2×104克=22千克由图试证明：任意循环过程的效率，不可能大于工作于它所经历的最高热源温度与最低热温源温度之间的可逆卡诺循环的效率。
（提示：先讨论任一可逆循环过程，并以一连串微小的可逆卡诺循环过程。
如以T m和T n分别代表这任一可循环所经历的最高热源温度和最低热源温度。
试分析每一微小卡诺循环效率与的关系）证：（1）d当任意循环可逆时。
用图中封闭曲线R表示，而R可用图中一连串微笑的可逆卡诺循环来代替，这是由于考虑到：任两相邻的微小可逆卡诺循环有一总，环段绝热线是共同的，但进行方向相反从而效果互相抵消，因而这一连串微小可逆卡诺循环的总效果就和图中锯齿形路径所表示的循环相同；当每个微小可逆卡诺循环无限小而趋于数总无限多时，其极限就趋于可逆循环R。
考虑人一微小可逆卡诺循（187完）环，如图中阴影部分所示，系统从高温热源T i吸热Q i，向低温热源T i放热，对外做功，则效率任意可逆循环R的效率为A为循环R中对外作的总功（1）又，T m和T n是任意循环所经历的最高温热源和最低温热源的温度∴对任一微小可逆卡诺循，必有：T i≤T m，T i≥T n或或令表示热源T m和T n之间的可逆卡诺循环的效率，上式为将（2）式代入(1)式：或或（188完）即任意循环可逆时，其效率不大于它所机灵的最高温热源T m和最低温度热源T n之间的可逆卡诺循环的效率。
（2）任意循环不可逆时，可用一连串微小的不可逆卡诺循环来代替，由于诺定理知，任一微小的不可逆卡诺循环的效率必小于可逆时的效率，即（3）对任一微小的不可逆卡诺循环，也有(4)将(3)式代入(4)式可得：即任意不可逆循环的效率必小于它所经历的最高温热源T m和最低温热源T n之间的可逆卡诺循环的效率。
第6、7章_热力学第I、第II定律原理及应用
第6、7章 热力学第I 、第II 定律原理及应用热力学第I 定律就是能量守恒定律：各种形式能量间相互转化或传递，在转化或传递的过程中，总的能量数量是守恒的。
能量的表现方式一是物质自身的蓄能，如内能、动能、位能和焓、自由能等各种热力学能等，它们都是状态函数；二是以系统和环境间传递的方式表现出来，如热和功，它们均与变化所经历的过程有关，是过程函数。
热力学第II 定律揭示了热和功之间的转化规律。
能量不仅有数量多寡，而且有质量(品位)的高低之分。
从做功能力上看，功可以全部转化为热，而热只能部分变为功，热和功是两种不同品位的能量。
运用热力学第I 定律和第II 定律，研究化工过程中的能量变化，对化工过程的能量转化、传递、使用和损失情况进行分析，揭示能量消耗的大小、原因和部位，为改进工艺过程，提高能量的利用率指出方向和方法，这是过程热力学分析的核心内容。
本章学习要求本章要求学生掌握敞开系统的热力学第I 定律(即能量衡算方程)及其工程应用；热力学第II 定律三种定性表述方式和熵衡算方程，弄清一些基本概念，如系统与环境、环境状态、可逆的热功转换装置(即Carnot 循环)、理想功与损失功、有效能与无效能等，学会应用熵衡算方程、理想功与损失功的计算及有效能衡算方法对化工单元过程进行热力学分析，对能量的使用和消耗进行评价。
重点与难点6 热力学第I 定律及其工程应用6.1 封闭系统能量衡算方程系统在过程前后的能量变化E ∆应与系统在该过程中传递的热量Q 与功W 的代数和：21E E E Q W ∆=-=+(5-1)通常规定：系统吸热为正，放热为负；系统对环境作功，得功为负，式(5-1)即是热力学第I 定律的数学表达式。
6.2 敞开系统的热力学第I 定律22Si i i i j j j j i jW 11Q dE m (h gz u )m (h gz u )22dt dt dt ''δδ++-+++-=∑∑ (5-5)式(5-5)即为敞开系统的热力学第I 定律表达式，其中：i i i h U P V =+。
第六章统计热力学课件二
1.平动配分函数的计算
平动能表示式为：
i ,t
h2 8m
(
nx2 a2
ny2 b2
nz2 c2
)
式中h是普朗克常数，nx , ny , nz 分别是 x, y, z 轴上的 平动量子数，其数值为 1,2,,的正整数。
平动配分函数：
Qt
i
gi,t
exp(
i ,t
kT
)
将
i,t 代入：
1
Iz) 2
I x，I y
和
I
分别为三个轴上的转动惯量。
z
例题：已知N2分子的转动惯量 I 1.3941046 kg m2 试求N2的转动特征温度及298.15K时N2分子的转 动配分函数。
解：
r
h2
8 2Ik
6.6261034 2
r 8 3.142 1.3941046 1.3811023 2.89K
i
Ni Nj
g ei /kT i
g e j /kT j
gi gj
exp( i j )
kT
系统微观可及状态数是宏观状态的函数：
N,U,V
热力学函数熵S是系统混乱度的量度，也是宏观 状态的函数：
S S N,U,V
自发过程熵增加，系统的微观状态数增加。
如果将单组份均相系统(N, U, V)分割为宏观参数 为(N1, U1, V1)和(N2, U2, V2)两个子系统：
1、系统的总微态数：
定域子系统
(U,V , N)
N!
g Ni i
j
i Ni !
离域子系统
(U,V , N) j
g Ni i
i Ni !
求和的限制条件为：
第六章-热力学第二定律PPT课件
力学中称为方向性问题。
.
2
3，第二类永动机是不可能实现的
4，热力学第二定律与第一定律 相互独立互相补充
二，热力学第二定律的克劳修斯表述
克劳修斯（Rudolf Clausius，1822-1888），德国物理学家，对热力
学理论有杰出的贡献，曾提出热力学第二定律的克劳修斯表述和熵
的概念，并得出孤立系统的熵增加原理。他还是气体动理论和热力
.
4
3，更简单的克劳修斯表述：热量不可能自发地从低温热源传向高温热源。
通过以上内容，我们来判断以下说法正确与否：
① 功可变成热，热不能变成功。（若 对，举一例说明）
② 功可完全变成热，热不能完全变成功。（若不对，举一反例）
③ 功不能完全变成热，热能完全变成功。
④ 功可完全变成热，但要在外界作用下，热能完全变成功。
2，两种表述将的都是热和功的问题，功不仅限于机械功的广义 功，每一种功热转换过程也可以作为热力学第二定律的表述。
热力学第二定律不是若干典型热学事例的堆积仓库，物理定律也 不能停留在具体的表面描述，真正的热力学定律应当是对物理本 质的描述，不同的表述应当有共同的物理本质，热力学第二定律 应该有更好的叙述。
第六章，热力学第二定律
问题的引入：
1，焦耳理论与卡诺热机理论的矛盾：同属能量转换， 有用功变热可以全部实现，为什么反过来就不能全部 实现，能量转换与守恒定律可没有这样的限制。
2，热机效率始终小于1并不全是技术原因
3，大量与热有关的自然过程仅靠热力学第一定律是不 足以解释的：1）热传递是不可逆的；2）电影散场后， 观众自发离开影院走向各方，却不能自发地重新聚集在 原来的电影院； 3）空气自由膨胀不能自发收缩等。
小结：上述三个不可逆过程，在推理过程中，很容易找到使系统 复原的方法，但这种情况并不多见，并且花费很多精力时间去寻 找系统复原的方法，很不经济。所以，我们必须借助其他方法。
热力学基础2
第六章 热力学基础§6-1 内能 功 热量一、内能内能：物体中所有分子无规则运动动能+势能（分子振动势能、相互作用势能）。
内能E()V P E E ,= 真实气体： ()T V E E ,=()P T E ,= （V P T ,,中有2个独立） 理想气体： ()PV i RT i M T E E 22===μ说明：⑴E 是状态的单值函数，由（V P T ,,）决定（V P T ,,中只有2个独立变量），⇒E 为态函数，其增量仅与始末二状态有关，而与过程无关。
⑵理想气体，()T E E =是温度的单值增加函数。
二、功与热量的等效性焦耳曾经用实验证明：如用做功和传热的方式使系统温度升高相同时，所传递的热量和所做的功总有一定的比例关系，即1卡热量=4.18焦耳的功可见，功与热量具有等效性。
由力学知道。
对系统做功，就是向系统传递能量，做功既然与传热等效，则向系统传热也意味着向系统传递能量。
结论：传递能量的两种方式 做功传热说明：做功与传热虽然有等效的一面，但本质上有着区别。
区别 做功：通过物体作宏观位移完成。
作用是机械运动与系统内分子无规则运动之间的转换。
从而改变内能。
传热：通过分子间相互作用完成。
作用是外界分子无规则热运动与系统内分子无规则热运动之间的转换。
从而改变了内能。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧§6-2 热力学第一定律一、热力学第一定律一般情况下，当系统状态发生变化时，作功和传热往往是同时存在的。
设有一系统，外界对它传热为Q ，使系统内能由21E E →，同时。
系统对外界又作功为W ，那么用数学式表示上述过程，有：上式即为热力学第一定律的数学表达式，它表明：系统吸收的热量，一部分用来增加内能，一部分用来对外作功。
对微小过程： dW dE dQ += (6-2) 说明：⑴热力学第一定律就是能量转化与守恒定律，它是自然界中的一个普遍规律。
它也可表述为“第一种永动机是不可能制造成功的。
”⑵系统状态变化过程中，功与热之间的转换不可能是直接的，总是通过物质系统来完成。
第06章热力学基础02分析
6
汽车发动机（内燃机：燃烧在发动机内部发生 ）
工作过程：进气、压缩、燃烧、排气 汽车排量：燃烧室容积变化的最大值和最小值的差值。
一般1.5L~4.0L（每缸0.5L）
7
二、 热机的循环效率
pA
c
A
d
B
o VA
VB V
热机（正循环） A 0
高温热源
Q1
热机
A
Q2
低温热源
热机效率 A
解： 1 Q2 1 CP TD TC 1 TC TD
Q1
CP TB TA
TB pTA
P1
T 1 D
P2
T 1 A
p2 A
B
P1
T 1 C
P2
T 1 B
TA TD
p1 D
TB TC 1 TC TD
TC 1
TC TB
TA
1
TC TB
(TB
TA )
TB TA
TB TA
ln
V3 V4
p
ln
V2 V1
p1
B — C 绝热膨胀过程:
p2
V2 1T1 V3 1T2
(A)
p4
p3
D — A 绝热膨胀过程:
A Qab
14
T1 T2
T1 B
A
D
C
Qcd T2
V
V1 1T1 V4 1T2
(B)
o V1 V4
V2 V3
(A)式除以(B)式，有 V2 V3 V1 V4
——卡诺热机效率与工作物 质无关，只与两个热源的温
则卡诺热机效率为： 1 T2
T1
度有关，两热源的温差越大 ，则卡诺循环的效率越高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
理想功：→热力学效率
Wid H T0 S m(h T0 s)
1
6-1 某水蒸气动力装置，进入水蒸气透平的水蒸
h 气流量为1680 kg ，温度为 430℃，压力为
-1
3.727MPa。水蒸气经透平绝热膨胀对外作功。 产功后的乏汽为0.1049MPa的饱和水蒸气。求水 蒸气经透平机的理想功和热力学效率。已知大气 温度为25 ℃。
若TH、TL为变量，则用平均温度 THm、TLm替代 T0 THm TLm Q WL THm TLm
下午6时20分
T2 T1 Tm ln T2 / T1
9
注意： ⑴ 即使换热器无散热损失，即热流体放出的热量全部被
冷流体吸收，仍然会有损失功。这是由于高温热量变成了
低温热量，做功能力下降，能量贬值。
在管道中每输送1kg热水，因保温不良，热损失为83.94kJ， 损耗功为13.1kJ。这就是说，本来83.94kJ的热量通过卡诺机可 提供 13.1kJ 的功，但因热损失而使13.1kJ的功也消耗掉。 下午6时 20分
7
6.2 化工单元过程的热力学分析
传热过程
流体流动过程
分离过程 化学反应过程
下午6时20分
下午6时20分 3
因过程绝热，Q＝0。忽略动能、位能的变化，根据热力学第 一定律，过程产生的轴功为
Ws H mh 1680 (2677.6 3287.8)
1025136kJ h -1 284.8kW
对于产功过程，热力学效率可按下式计算，即
Ws 284.8 a 0.8255 82.55% Wid 345.0
蒸汽经透平的理想功与热力学效率分别为345.0kW和82.55％。
下午6时20分
4
2、不可逆过程的损耗功WL
WL Wid Ws 恒质量流体为计算基准 Wid T0 S sys hsys Ws Q hsys Wid Ws T0 S sys Q
S sur
高乌－斯托 多拉公式
C C 气进口温度为38℃，设在此温度范围内， pmh pms
=1.005kJ/(kg· K) 。试计算此预热器的损耗功与热力学效率。
已知大气温度为25℃，预热器完全保温。
下午6时20分
12
解：
H mH C ( T T ) m C pmh, H 2, H 1, H L pmh, L (T2, L T 1, L ) 0
⑵ 损失功正比于两流体的传热温差
⑶ 损失功与两流体的温度乘积成反比，即低温传热比
高温传热损失功大。
下午6时20分 10
换热过程的热力学效率为（TH、TL均大于T0）
T0 QL 1 T W Wid高 WL id低 L a Wid高 T0 Wid高 QH 1 T H
对可逆的无温差的传热过程，若无散热损失，则ηa=1； 对不可逆有温差的传热过程，ηa<1
下午6时20分
11
6－7 设在用烟道气预热空气的预热器中，通过的烟道气和
空气的压力均为常压，其流量分别为45000kg/h和 42000kg/h 。烟道气进入时的温度为315℃，出口温度为
C C 200℃。设在此温度范围内， K) 。空 pmh pms =1.090kJ/(kg·
8
1. 传热过程的不可逆损耗功来自热的温差。
换热器高温流体给出 QH，低温时得到 QL , 且 QH QL Q 则传热过程的热损耗为 T0 WL QH 1 T H T0 T0 QL 1 T T T TH TL Q L H L
s1＝6.9101
Wid H T0 S m(h T0 s)
m[(h2 h1 ) T0 (s2 s1 )]
1680 [(2677.6 3287.8) 298.15 (7.3429 6.9101)] 1241922.1kJ h -1 345.0kW
下午6时20分
与环境交换 的热
Qsur Q Q T0 S sur T0 T0
Wid Ws T0 S sys T0 S sur WL T0 S sys T0 S sur T0 St T0 S g
5
6-3 某厂有输送90℃热水的管道，由于保温不良，到使用单位时，
水温已降至70℃。试求水温降低过程的热损失和热耗功。大气
温度为25℃。
【解】 从附表3分别查得70℃和90℃时饱和液体水的焓和熵为
70℃时：h2＝292.98 90℃时：h1＝376.92 ， s2-1 ＝0.9549 kJ kg ， s2-1 ＝1.1925 kJ kg
kJ kg-1 K-1 kJ kg-1 K-1
下午6时20分
2
解：由附表3用插值法求得P2＝0.1049MPa时饱和水蒸气的温
度，T2＝101.0℃。此状态下的焓和熵也可以用插值法得到，即 h2＝2677.6 ， s2＝7.3429 从附表3再用插值法查P1＝3.727MPa，T1＝430℃的过热蒸汽 的焓和熵，得
h1＝3287.8 ，
则蒸汽经透平的理想功为：
故根据理想功的定义，过程的理想功为
Wid (h1 h2 ) T0 (s2 s1 )
＝（376.92－292.98）＋298.15×（0.9549－1.1925） ＝13.1
下午6时化，有
h q ws
因无轴功交换，ws＝0，故过程的热损失q为
q h h2 h1 292.98 376.92
＝-83.94
过程的损耗功：
kJ kg-1
q WL T0 (Ssys S sur ) T0 [( s2 s1 ) ] T0
13.1 kJ kg-1
83.94 298.15 [(0.9549 1.1925) ] 298.15