卡氏第二定律
卡诺循环热力学第二定律概要课件
02
卡诺循环热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律指出，不可能从 单一热源吸收热量并使之完全变 为有用的功而不产生其他影响。
换句话说，热能不可能自发地从 低温物体传递到高温物体而不引
卡诺循环热力学第二定律概 要课件
目录
• 卡诺循环简介 • 卡诺循环热力学第二定律 • 卡诺循环效率 • 卡诺循环的应用 • 结论
01
卡诺循环简介
卡诺循环的定义
01
卡诺循环是一个由两个等温过程 和两个绝热过程组成的理想循环 过程。
02
它是由法国工程师尼古拉斯·卡诺 于1824年提出的，是热力学的基 本理论之一。
提高卡诺循环效率的方法
总结词
提高卡诺循环效率的方法包括降低低温热源温度、提 高高温热源温度和使用高效工质。
详细描述
要提高卡诺循环效率，可以从以下几个方面着手：首 先，降低低温热源温度可以减少热量向低温热源的传 递，从而提高效率；其次，提高高温热源温度可以增 加热机工作过程中吸收的热量，从而提高效率；最后 ，使用高效工质也可以提高卡诺循环效率，例如使用 氦气等高效工质代替传统的水蒸气等。这些方法可以 有效提高卡诺循环的效率，从而提高热机的整体性能 。
起其他变化。
该定律是热力学的基本定律之一 ，用于限制热能转化为机械能的
方式和效率。
卡诺循环热力学第二定律的表述
卡诺循环热力学第二定律指出，在理想卡诺循环中，工作物质从高温热源吸收热 量并对外做功，而向低温热源释放热量，而不产生其他影响。
该定律是热力学第二定律在卡诺循环中的具体应用，强调了理想卡诺循环的效率 和限制。
材料力学公式汇总完全版
1截面几何参数2应力与应变3应力状态分析(3.2 ) 单元体上任意截面上的剪应力x _y .sin 2：：亠& cos2： 2(3.3 ) 主平面方位角tan2：o 2 x6—J（：• 0与-X反号）(3.4 ) 最大主应力的计算公式-■ max2(3.5 ) 最小主应力的计算公式、2(3.6 )(3.7 ) 单元体中的最大剪应力主单元体的八面体面上的剪应力W —°3-max 2(3.8 ) :面上的线应变(3.9 ) :-+ 90°面之间的角应变(3.10 ) 主应变方向公式(3.11)最大主应变(3.12)最小主应变(3.13)xy的替代公(3.14 ) 主应变方向公式(3.15 ) 最大主应变i=3、佑1_亦+阿"32+(▽35十名y 名x —£y 'xy二cos2二 -- sin 2：2 2 2xy = 一( ；x 一；y)sin2> xy cos2：tan2：xymax2 4max2 4xy2xy = 2；45°；max 二tan? 2 45:'x —£4502+丿J _ £'iL 2 2丿4内力和内力图5强度计算6刚度校核7压杆稳定性校核动荷载9能量法和简单超静定问题。
工程机械设计中力学公式
动应力强度条件
的容许应力
（8.5）
构件受竖直方向冲击时的动荷系数
H-下落距离
（8.6）
构件受骤加荷载时的动荷系数
H=0
（8.7）
构件受竖直方向冲击时的动荷系数
v-冲击时的速度
（8.8）
疲劳强度条件
-疲劳极限
-疲劳应力容许值
K-疲劳安全系数
9能量法和简单超静定问题
序号
公式名称
公式
（9.1）
外力虚功：
（9.2）
内力虚功：
（9.3）
虚功原理：
变形体平衡的充要条件是：
（9.4）
虚功方程：
变形体平衡的充要条件是：
（9.5）
莫尔定理：
（9.6）
莫尔定理：
（9.7）
桁架的莫尔定理：
（9.8）
变形能：
（内力功）
（9.9）
变形能：
（外力功）
（9.10）
外力功表示的变形能：
（9.11）
内力功表示的变形能：
（9.12）
（2.27）
抗弯截面模量
（截面对弯曲的抵抗矩）
（2.28）
离中性轴最远的
截面边缘各点上
的最大正应力
（2.29）
横力弯曲梁横截
面上的剪应力
被切割面积对中性轴的
面积矩。
（2.30）
中性轴各点的剪
应力
（2.31）
矩形截面中性
轴各点的剪应力
（2.32）
工字形和T形截
面的面积矩
（2.33）
平面弯曲梁的挠
曲线近似微分方程
两端铰支的、细长压杆
的、临界力的欧拉公式
I取最小值
卡诺第二定理
卡诺第二定理热力学第二定律的初步思想，最早是从关于热机效率的研究中萌发出来的。
从17世纪末萨弗里制造出蒸汽水泵以来，经过纽可门、瓦特和其他人的工作，蒸汽机得到不断的改进。
每一个新结构的发明，经常都使蒸汽机的效率——从一定燃料的燃烧中所能得到的机械功的数量——得到一些提高。
从19世纪初起，蒸汽机得到愈来愈广泛的应用，对交通和工业的发展产生了深远的影响。
但是，关于控制蒸汽机把热转变为机械运动的各种因素的理论却未形成，人们只是凭着经验和技巧改进着蒸汽机。
热机效率的提高到底有没有限制？提高热机效率的关键途径是什么？这些问题都是亟待解决的。
法国的科学家和工程师们首先从理论上对这些问题进行了研究。
其中，卡诺是一个佼佼者。
1842年，出版了卡诺的《关于火的动力的思考》一书，总结了他对热机的早期研究成果。
书中谈到了他发明热机的目的就在于提供动力，以解决人们的各种实际需要。
他还指出，热机消耗的燃料太高，效率很低。
因此卡诺给自己提出了迫切的实际任务：以普遍的理论的形式得出关于消耗热而得到功的结论，从而阐明热机工作的原理，找出热机不完善性的原因，以提高热机的效率。
当时，热的运动说还没有被人们普遍接受，多数科学家还信奉热质说，卡诺在这一时期也持有热质说的观点，这使他把蒸汽机和另一种原动机——水车相比。
因为水车是靠水从高处降落做功的，蒸汽机是靠热质从高温的锅炉中流向低温物体而做功的，二者很相似。
他说：“我们可以恰当地把热的动力和一个瀑布的动力相比，瀑布的动力依赖于它的高度和水量；热的动力依赖于所用的热质的量和我们可以称之为热质的下落高度，即交换热质的物质之间的温度差”。
这个类比使卡诺得出了一个有益的见解，即为了使蒸汽机能够做功，它至少必须工作于一个高温热源和一个低温热源之间；蒸汽机所产生的机械功，原则上依赖于锅炉和冷凝器之间的温度差和从锅炉传到冷凝器的热质的量。
他写道：“蒸汽机产生动力，从本质上说，是由于燃烧等化学作用或其他作用，使热平衡受到破坏，蒸汽机则是使这种被破坏的热平衡得到恢复，……根据这个原理，为了产生动力，不仅要产生热，而且要具备冷。
热力学第二定律 卡诺定理
这时系统对外做的功
A1 P / V PV
在快速微压缩时，活塞附近的压强P//大于汽缸中心的压强P，
这时外界对系统做的功
A2 P // V PV
显然，A2＞A1，即A1＋A20，外界要多做功，系统才能还原。
热力学第二定律的实质 自然界一切与热现象有关的实际宏观过 程都是不可逆的 . 完全 功 热 热功转换 不完全 有序 自发 无序 热传导 高温物体 非均匀、非平衡 自发传热
热力学第二定律 卡诺定理
热力学的一个重要特征是具有方向性。许多实验证明， 在自然界中满足第一定律的过程不一定都能实现。
开尔文表述
不可能制作一种循环动作热机，只从单一热源吸收热量， 使其完全变为有用功，而不引起其他变化。
(1) 这种表述的要点：循环动作，单一热源，不引起其他变化。
(2)说明了η＝１００％是不可能的。
永 动 机 的 设 想 图
第二类永动机的破产
克劳修斯表述
不可能把热量自动地从低温物体传到高温物体而不产生其 他影响。或说：热量不可能自动地由低温物体传到高温物体。 这种表述的要点：自动地，不产生其他影响。 开尔文表述的实质是：功可以全部转变为热，而热不能无 条件地全部转换为功； 克劳修斯表述的实质是：在孤立系统中热量只能从高温物体 自动传递到低温物体 说明热量的传递和热功之间的转换具有方向性或 不可逆性。 两种表述的等价性，说明与热运动有关的不可逆性其本质 相同，相互关联。
低温物体
非自发传热 均匀、平衡 自发
卡诺定理
(1) 在相同高温热源和低温热源之间工 作的任意工作物质的可逆机都具有相同的 效率 .
(2) 工作在相同的高温热源和低温热 源之间的一切不可逆机的效率都不可能大 于可逆机的效率 .
材料力学——精选推荐
轴向拉压杆横截面上的应力：正应力：σ=N/A；应力单位N/m2，即Pa。
轴向拉压杆斜截面上的应力：总应力：pα=N/Aα=σcosα；正应力：σα=σcos2α；剪应力：τα= =(σsin2α)/2。
α：由横截面外法线转至斜截面外法线的转角，以逆时针转动为正；Aα：斜截面的面积；σα：拉应力为正，压应力为负；τα：以其对脱离体内一点产生顺时针转动为正，反之为负。
最大剪应力发生在α=±45°处的斜截面上。
轴向拉伸的变形：轴向变形△L=L’-L；ε=△L /L；横向变形：△a=a’-a；ε’=△a/a；虎克定律：应力不超过材料比例极限时，应力与应变成正比。
即：σ= Eε；△L= NL/ EA；EA为杆件的抗压（拉）刚度，表示杆件抵抗拉、压弹性变形的能力。
泊松比ν：应力不超过材料的比例极限时，ν=|ε’/ε|，ν是材料的弹性常数之一，无量纲。
变形能：杆件在外力作用下因变形而存储的能量。
轴向抗压杆的弹性变形能：U=N△L/2。
比能：单位体积存储的变形能。
u=σε/2。
单位：J/m3。
名义剪应力：假定剪应力沿剪切面均匀分布的。
则：τ=V/A V。
A V：剪切面面积。
纯剪切：单元体各个侧面上只有剪应力而无正应力称为纯剪切。
纯剪应力引起剪应变γ，即相互垂直的两线段间角度的改变。
单位为rad。
规定以单元体左下直角增大时，γ为正，反之为负。
剪应力互等定律：在互相垂直的两个平面上，垂直于两平面交线的剪应力，总是大小相等，且共同指向或背离这一交线。
τ=τ’。
剪切虎克定律：剪应力不超过材料的剪切比例极限时，剪应力τ与剪应变γ成正比，即τ=Gγ；G：剪切模量。
对各向同性材料，G=E/2(1+ν)。
扭转：杆两端受到一对力偶矩相等，转向相反，作用平面与杆件轴线相垂直的外力偶作用。
变形特征：杆件表面纵向线变成螺旋线，即杆件任意两横截面绕杆件轴线发生相对转动。
扭转角φ：杆件任意两横截面间相对转动的角度。
扭矩M T：受扭截面上的内力，是一个在截面平面内的的力偶，其力偶称为力偶矩。
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的一条重要定律，它描述了自然界中热能传递的方向和过程的不可逆性。
热力学第二定律即卡诺定理，这一定律的发现不仅推动了热力学的发展，也在工程和科学研究中发挥着巨大的作用。
热力学第二定律的核心思想是热能的自发从高温系统向低温系统传递，而不会相反。
这个思想在日常生活中随处可见。
当我们将一杯热茶放置在桌子上，茶的温度逐渐降低，而不会变得更热。
这个过程是不可逆的，它符合热力学第二定律的要求。
热力学第二定律的原型是卡诺定理，它由法国工程师尼古拉·卡诺在19世纪初提出。
卡诺定理表达了理想热机的效率与工作温度之间的关系。
根据卡诺定理，任何机械热机的效率都不可能高于理论上的最大值，即卡诺热机的效率。
卡诺热机是一个在两个不同温度下工作的理想热机，其效率由工作温度之间的比值决定。
这种限制性的不可逆性是热力学第二定律的核心内容，也是热力学与统计物理学的重要区别之一。
事实上，热力学第二定律的发现引发了科学家们对宇宙中热能传递过程的深入研究。
他们发现，自然界中存在着一种名为熵的物理量，它代表了系统无序程度的度量。
根据熵的增加原理，自然倾向于朝着更高熵的方向演化，这就意味着热能应该自发地从高温系统传递到低温系统，而不会相反。
熵增加原理使热力学第二定律更加深入人心，在科学研究和工程设计中得到了广泛应用。
比如，通过了解热力学第二定律，我们可以最大限度地提高能源利用效率，减少能量的浪费。
这对于提升工业生产的效益和降低环境污染具有重要意义。
在工程中，通过设计有效的热回收系统，可以将废热转化为有用的能量，实现能量的再利用。
除了工程应用外，热力学第二定律在生物学中也有深远的影响。
生命系统本质上是开放的非平衡系统，需要从外部吸收能量来维持其复杂的结构和功能。
热力学第二定律为生物学家提供了理论基础，从微观角度解释了生命现象的发生。
通过深入理解热力学第二定律，科学家能够更好地探索生物体内能量转换的机制，从而拓宽我们对生命起源和演化的认识。
材料力学2--能量法
因仅与第i个荷载相应的位移有一微小增量, 而与其余各荷载相应 的位移保持不变，因此，对于位移的微小增量d i ，仅Fi 作了外 力功，外力功的变化为：
d W Fi di
注意到上式与下式在数值上相等
V d V d i i
从而有：
V Fi i
（卡氏第一定理 ）22l l 2 l l 2 FN EA
F F F Fl FN 2 sin 2 tan 2 l 2
F 代入前一式得： l EA
3
F F= ( /l )3 EA
或： F EA
l
3
（几何非线性弹性问题）
O
其F-间的非线性关系曲线为： 应变能为：
所以有
V vV v Al
应变能的特征：
（1）应变能恒为正的标量，与坐标系的选取无关； （2）由能量守恒原理可以证明：应变能仅与荷载的 最终值有关，而与加载的顺序无关； （3）在线弹性范围之内，应变能为内力（或位移） 的二次函数，因此力的叠加原理不再适用；
例1：弯曲刚度为 EI 的简支梁受均布荷载 q 作用，如图所 示。 试求梁内的应变能 。
由于外力余功在数值上等于余能，得
d V c d Wc
V c 解得： i Fi
（称为“余能定理”）
特别：对线弹性体，由于力与位移成正比，应变能 V 在数值上等于余能V c ， 此时上式变为：
V i Fi
（称为“卡氏第二定理”）
式中的Fi 和i分别为广义力和广义位移。
应用卡氏第一定理得
V EA 4 2 2 ( 1 2) 0 1 2l 2 2 V EA 2 ( 1 2) F 2 2l 2
材料力学公式汇总完全版
1截面几何参数【2】2应力与应变3应力状况剖析4内力和内力争5强度盘算序号公式b* = bT（5.11a）（5.11b）（5.11c）（5.11d）=T = ---- < [b ]max七'（实用于脆性材料）b* = b -V（ b +b ） _-v （0-T ）= （1 +V）T < [b ] T莅] max '< - 一（实用于脆性材料）-（-TmaxL2Tmax]（5.11e）（5.12a）（5.12b）（5.13）（5.14a）（5.14b）（5.15a）（5.15a）由强度理论树立的扭转轴的强度前提由扭转实验树立的强度前提平面曲折梁的正应力强度前提平面曲折梁的剪应力强度前提平面曲折梁的主应力强度前提圆截面弯扭组合变形构件的相当弯矩max J WT1 +v=b -b=T1 3maxT/ [b ]T =——-< -_-max ]W2Tb *3max（实用于塑性材料）Y 2 〜-b l + （b -b l + （b -b=1=\： 2=t 3T<[b ]max-0、+ G +Tmax max+Q T -Tmax maxT = T < 风max W T "（实用于塑性材料）T r _ T = <[T ]max WTbt maxbcmaxM r [ 祈Vb tZ|M 用< [b c ]ZVS * r .T = -- Z max <[T ]Zfb * = v'b 2 + 4T 2 <[b ]3b* = ■，:b 2 + 3T 2 <[b ]■M 2 + M 2 + T 2 M=b -b =——Z W y------- = ~W-b》+ G -b》+ G -bJ M2 + M 2 + 0.75T 2 M *~W6刚度校核7压杆稳固性校核8动荷载9能量法和简略超静定问题。
材料力学公式汇总完全版
胡克定律
（2.6）
胡克定律
（2.7）
横背线应变
（2.8）
泊紧比（横背
变形系数）
（2.9）
剪力单死互等
定理
（2.10）
剪切虎克定理
（2.11）
真心圆截里扭
转轴横截里上
的应力
（2.12）
真心圆截里扭
转轴横截里的
圆周上的应力
（2.13）
抗扭截里模量
（扭转抵挡矩）
（2.14）
真心圆截里扭
转轴横截里的
（3.22）
二背应力状态的广义虎克定理
（3.23）
二背应力状态的广义虎克定理
（3.24）
剪切虎克定理
4内力战内力图
序号
公式称呼
公式
标记证明
（4.1a）
（4.1b）
中力奇的
换算公式
（4.2）
分散荷载集度
剪力、直矩之
间的闭系
进与
为正
（4.3）
（4.4）
5强度估计
序号
公式称呼
公式
（5.1）
第一强度表里：最大推应力表里.
的容许应力
（8.5）
构件受横直目标冲打时的动荷系数
H-低沉距离
（8.6）
构件受骤加荷载时的动荷系数
H=0
（8.7）
构件受横直目标冲打时的动荷系数
v-冲打时的速度
（8.8）
疲倦强度条件
-疲倦极限
-疲倦应力容许值
K-疲倦仄安系数
9能量法战简朴超静定问题
序号
公式称呼
公式
（9.1）
中力真功：
（9.2）
内力真功：
的转角圆程
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卡氏第二定律
卡氏第二定律，也称为牛顿第二定律，是物理学中最基本的定律之一。
它描述了物体的运动与所受力的关系，被广泛应用于力学和动力学的研究中。
卡氏第二定律的数学表达式为F = ma，其中F表示物体所受的合力，m表示物体的质量，a表示物体的加速度。
根据这个定律，如果一个物体受到一个力，它将以与该力成正比的加速度运动。
卡氏第二定律可以通过以下实例更好地理解。
假设有一个质量为2千克的小车，施加在小车上的力为10牛顿。
根据卡氏第二定律，我们可以计算出小车的加速度。
代入公式F = ma，可得10 = 2a，解方程可得a = 5米/秒²。
这意味着小车将以每秒5米的加速度向前移动。
卡氏第二定律的应用不仅限于直线运动，也可以用于描述旋转运动。
对于一个刚体的转动，卡氏第二定律可以表示为τ = Iα，其中τ表示刚体所受的合力矩，I表示刚体的转动惯量，α表示刚体的角加速度。
这个公式告诉我们，刚体的旋转运动与所受的力矩成正比。
卡氏第二定律的重要性在于它是力学的基础，可以用来解释和预测物体的运动。
它帮助我们理解为什么物体会加速或减速，为物体的运动提供了定量的描述。
除了基本的数学表达式外，卡氏第二定律还有一些重要的特点和应用。
首先，它遵循矢量运算规则，即力和加速度是矢量量。
其次，它适用于惯性参考系，即在不受外力干扰的情况下才能准确描述物体的运动。
此外，卡氏第二定律还可以与其他定律和原理结合使用，如牛顿第三定律和动量守恒定律等。
卡氏第二定律的应用广泛，涉及许多领域。
在工程学中，它用于设计和分析机械系统的运动。
在航天学中，它用于预测和控制航天器的运动。
在生物学中，它用于理解动物和人体的运动机制。
在体育运动中，它用于优化运动员的训练和表现。
卡氏第二定律是物理学中最基本的定律之一，描述了物体的运动与所受力的关系。
它的应用范围广泛，为我们理解和控制物体的运动提供了重要的工具。
通过深入学习和应用卡氏第二定律，我们能够更好地理解和解释世界的运动规律。