2013年北京市属高校“创想杯”多媒体课件制作与微课程大奖赛 课程名称： 工程热力学 授课内容： 热力学第二定律 授课教师： 邹 玉 所在院系： 北京石油化工学院 机械工程学院 能源与动力工程系
热力学第二定律 热力学第一定律：热力过程必然遵守能量守恒定律 不遵循热力学第一定律的热力过程一定不能发生。 遵循热力学第一定律的热力过程就一定能发生吗？
一、自发过程的方向性 Q Q’ ？ 热量： 高温 低温 热量： 高温 低温 √自发 ×不能自发 只要Q’不大于Q，并不违反第一定律！ 热泵 （消耗机械能）
一、自发过程的方向性 Q Q ？ 重物下落 水温升高 机械能 热能 水温下降，重物升高？ 机械能 热能 √自发 ×不能自发 只要重物位能增加小于等于水内热能减少，不违反第一定律。 ？ 机械能 热能 热机 （不能将热能百分之百转换）
一、自发过程的方向性 归纳： 1. 自发过程有方向性； 2. 自发过程的反方向过程并非不可进行，而是要有附加条件； 3. 并非所有不违反第一定律的过程均可进行。 自发 自发 热量：高温 低温 机械能 热能 热泵 （消耗机械能） 热机 （不能将热能百分之百转换） 自发 电能 热能 火力发电厂 （不能将热能百分之百转换）
一、自发过程的方向性 热量：高温 低温 机械能 热能 电能 热能 自发 热泵 自发 热机 自发 火力发电厂 自发进行 高品质的能量 低品质的能量 不能自发进行
一、自发过程的方向性 无限可转换能 —— 机械能，电能 自 发 付出 代价 按照 能质 分类 部分可转换能 —— 热能 自发 自 发 付出 高温 （能质较高） 低温 （能质较低） 付出 代价 不可转换能 —— 环境介质的热力学能
一、自发过程的方向性 总体 能质 Wnet 降低 热能 机械能 Q2：高温热源 低温 热源 能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件—补偿过程，其总效果是总体能质降低。 高 温 热 源 T1 总体 能质 降低 能质 升高 Q1 热能 机械能 Wnet 补偿过程： E Q2：高温热源 能质 降低 低温 热源 Q2 低 温 热 源 T2
一、自发过程的方向性 总体 能质 Wnet 降低 Q2：低温热源 高温 热源 机械能 热能 能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件—补偿过程，其总效果是总体能质降低。 高 温 热 源 T1 Q2：低温热源 能质 升高 高温 热源 总体 能质 降低 Q1 Wnet 补偿过程： R Q2 能质 降低 机械能 热能 低 温 热 源 T2
二、第二定律的两种典型表述 1.克劳修斯叙述： 热量不可能自发地、不花代价地从低温物体传向高温物体。 鲁道夫·朱利叶斯·埃曼努埃尔·克劳修斯 Rudolf Julius Emanuel Clausius （1822年1月2日-1888年8月24日） 德国物理学家和数学家 首次明确指出热力学第二定律的基本概念，还引进了熵的概念。
二、第二定律的两种典型表述 2.开尔文—普朗克叙述： 不可能制造循环热机，只从一个热源吸热，将之全部转化为功，而不在外界留下任何影响。 热力学温标 热力学第二定律 焦耳-汤姆逊效应 大西洋海底电缆 普朗克黑体辐射定律 旧量子论 1918年诺贝尔物理学奖 威廉·汤姆逊 （William Thomson） 马克斯·普朗克 （Max Planck）
二、第二定律的两种典型表述 2.开尔文—普朗克叙述： p1 Q T V 2V 不可能制造循环热机，只从一个热源吸热，将之全部转化为功，而不在外界留下任何影响。 理想气体 可逆等温膨胀过程 理想气体对外做功？ p1 Q T V 2V 环境一个热源，吸收热量全部转变成功。 思考题 与开尔文-普朗克叙述相反？
二、第二定律的两种典型表述 3. 第二定律各种表述的等效性 （本节习题） 4. 关于第二类永动机 1881年 John Gamgee 汽轮机 1881年 John Gamgee 美国海军 零发动机 氨蒸气产生器 第二类永动机更具有迷惑性！！ 冷凝器
热力学第二定律 小结： 1. 理解“能质”的概念； 2. 理解并掌握热力学第二定律的两种典型叙述。
谢谢各位老师和同学！