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热力学第二定律

熵和无序。

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两个经典的陈述热力学第二定律

开尔文和普朗克
工作流体经过一个循环的(热)发动机不可能从单个热源吸收热量,提供等量的功,而不产生其他影响。
克劳修斯
任何机器,其工作流体经过一个循环,都不可能从一个系统吸收热量,而将热量排斥到另一个系统而不产生其他影响。

第二定律的两种表述都有约束热力学第一定律通过识别能量下降。第二定律是关于熵(S)它是由所有过程产生的,与做功能力的丧失有关。第二定律指出宇宙的熵在增加。

要获得能量,就必须有一个能量水平高的区域和一个能量水平低的区域。有用的功必须来自于从高能级流向低能级的能量。

  • 100%的能量不可能转化为功
  • 熵可以产生,但不能消灭

热机的效率

热机工作在两个能级之间的热力学效率是用绝对温度来定义的,可以表示为

η = (th- Tc) / th= 1 - tc/ Th(1)

在哪里

η=效率

Th=温度高电平(K)

Tc=温度低电平(K)

因此,为了达到最大的效率-Tc必须尽可能的冷。100%的效率TcShould等于0 K.这在现实生活中是不可能的,所以效率总是小于1 (100%)

熵变> 0
不可逆转的
过程
熵变= 0
可逆的
过程
熵变< 0
不可能的
过程

熵用来定义一个系统中不可用的能量,熵定义了一个系统作用于另一个系统的相对能力。当能量向更低的能级移动时,人们对周围环境的作用就更小,熵就会增加。

  • 对于整个宇宙,熵在增加
  • 熵不像能量那样守恒

国际公认的热力学关键值标准态和生成焓,生成吉布斯自由能,熵和热容而且有机物质的标准生成焓,生成吉布斯能,熵和摩尔热容值列表对于很多无机物和有机物。

热力学熵

热力学系统中的熵变可以表示为

dS = dH / t一个(2)

在哪里

dS =熵变(kJ/kg K)

dH =焓变或内能变化(焦每千克K

T一个=平均温度(K)

卡诺热循环
在热机中,气体被可逆地加热,然后冷却。循环模型如下:状态1—(等温膨胀)—>状态2—(绝热膨胀)—>状态3—(等温压缩)—>状态4—(绝热压缩)—>状态1

状态1到状态2:等温膨胀
等温膨胀发生在高温下ThdT = 0而且1= 0。dE = H + w, w1= - h1.对于理想气体,只依赖于温度。

状态2到状态3:绝热膨胀
气体从高温中冷却,Th,到低温,Tc2= w2而且H2= 0(绝热)。

状态3到状态4:等温压缩
这与状态1和状态2的过程相反。气体被压缩在TcdT = 0而且3.= 0w3.= - h3.

状态4到状态1:绝热压缩
这与状态2和状态3的过程相反。4= w4而且H4= 0(绝热)。
卡诺循环的过程可以用压强和体积的关系来表示。曲线围起来的面积就是卡诺循环的功,因为w = -积分(pdv).因为这是一个循环,整体=0.因此,
-w = H = H1+ H2+ H3.+ H4
如果你减少Tc,那么数量- w数量级变大。
如果-w > 0然后H > 0这个系统,热机,对周围做功。

的和(dH / T)卡诺循环中每一步的值等于0.之所以会发生这种情况,是因为总的来说,每一个正H都有一个与之对应的负H。

例如-熵供暖水

流程提升1公斤水的来源0 ~ 100oC(273至373 K)在大气条件下。

的比焓0oC (hf) = 0 kJ/kg(来自蒸汽表)(具体-每单位质量)

水的比焓One hundred.oC (hf) = 419 kJ/kg(来自蒸汽桌)

比熵变:

dS = dH / T一个

=[(419焦每千克)-(0焦每千克)]/ [((273 K) + (373 K)) / 2)

1.297kJ / kgK

例子-熵蒸发水到蒸汽

流程变更1公斤的水One hundred.oC (373 k)到饱和蒸汽One hundred.oC (373 k)在大气条件下。

蒸汽的比焓One hundred.oC (373 k)之前蒸发=418焦每千克(从蒸汽表

蒸汽的比焓One hundred.oC (373 k)蒸发=2675焦每千克(从蒸汽表

比熵变:

dS = dH / T一个

= [(2675焦每千克)——(418焦每千克)[[((373 k) + (373 k)) / 2]

6.054kJ / kgK

水的总比熵变One hundred.oC到饱和蒸汽One hundred.oC等于水的比熵的变化量,加上蒸汽的比熵的变化量。

例子-熵过热蒸汽

过程过热1公斤饱和蒸汽在大气压力下150oC (423k)

蒸汽的比总焓One hundred.oC (373 k)2675焦每千克(来自蒸汽桌)

过热蒸汽的比总焓150oC (423 K) = 2777 kJ/kg(来自蒸汽桌)

比熵变:

dS = dH / T一个

=[(2777焦每千克)-(2675焦每千克)]/ [((423 K) + (373 K)) / 2)

0.256kJ / kgK

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