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

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1 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

2 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？

3 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）

4 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）

5 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）

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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。

11 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）

12 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？

13 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

14 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。

15 谢谢各位老师和同学！