【正文】 microscopic states of that system, the entropy of a system increases whenever the molecular randomness (probability) of a system increase. 熱力學(xué)概率 Molecules in the gas phase possess a considerable amount of kiic energy. However, we know that no matter how large their kiic energies are, there will not rotate a paddle wheel inserted into the container and produce work. This is because the gas molecules, and the energy they posses, are disanized. Probably the number of molecules trying to rotate the wheel in one direction at any instant is equal to the number of molecules that are trying to rotate it in the opposite direction. Therefore, we cannot extract any useful work directly from disanized energy. Being an anized form of energy, work is free of disorder or randomness and thus free of entropy. There is no entropy transfer associated with energy transfer as work. wsh The paddlewheel work will be converted to the internal energy of the gas, a rise in gas temperature, creating a higher level of molecular disorder in the container. wsh Gas T Only a portion of this energy can be converted to work by heat engine. Therefore, energy is degraded, the ability to do work is reduced, molecular disorder is produced, entropy is increase. 作 業(yè) 412 413 414 411 Entropy in Daily Life ? lowentropy (highly anized) lives ? lowentropy learning ? lowentropy library ? lowentropy army friction is acpanied by entropy ? friction in the place 熵和熱力學(xué)第二定律所遇到的詰難 ?吉布斯佯謬 (同種氣體混合的熵增問(wèn)題 ) ?熱寂說(shuō) (?Siso≥0) ?麥克斯韋妖 ? …... 麥克斯韋妖 Maxwell Demon 小精靈 (麥克斯韋妖 ) 把守住氣體容器內(nèi)隔 板上的一個(gè)小門(mén)，假 設(shè)隔板絕熱，小門(mén)沒(méi) 有摩擦。小精靈可以 判斷分子運(yùn)動(dòng)速度， 他只允許左側(cè)運(yùn)動(dòng)速 度高的分子到右側(cè)， 這樣無(wú)需作功，經(jīng)過(guò) 一段時(shí)間可達(dá)到使左 側(cè)溫度降低并使右側(cè) 溫度升高的效果。孤 立系統(tǒng)的熵減少了。 1929年，匈牙利物理學(xué)家西拉德 (L. Szilard)發(fā)現(xiàn)，小妖至少需要一 個(gè)溫度與環(huán)境不同的光源照亮分子， 才能獲得所需的分子速度信息，正 由于獲取信息時(shí)的能量付出，才達(dá) 到了系統(tǒng)熵減少的效果。 167。 47 Ex及其計(jì)算 1956， I. Rant I. 郎特 Available Energy Energy Exergy 東南大學(xué)夏彥儒教授翻譯 如何評(píng)價(jià)能量?jī)r(jià)值 ??? Availability Anergy 可用能 可用度 火無(wú) 火用 Unavailable energy 哪個(gè)參數(shù)才能正確評(píng)價(jià)能的價(jià)值 熱量 500 K 293 K 100 kJ m a x2931 100500WkJ??????????m a x2931 1 0 01000WkJ??????????1000 K 100 kJ 293 K 哪個(gè)參數(shù)才能正確評(píng)價(jià)能的價(jià)值 焓 h1 = h2 p1 p2 w1 w2 w1 w2 哪個(gè)參數(shù)才能正確評(píng)價(jià)能的價(jià)值 內(nèi)能 u1 = u2 p0 p0 w1 w2 w1 w2 三種不同品質(zhì)的能量 可無(wú)限轉(zhuǎn)換的能量 如： 機(jī)械能、電能、水能、風(fēng)能 理論上可以完全轉(zhuǎn)換為功的能量 高級(jí)能量 不能轉(zhuǎn)換的能量 理論上不能轉(zhuǎn)換為功的能量 如： 環(huán)境（大氣、海洋） 可有限轉(zhuǎn)換的能量 理論上不能完全轉(zhuǎn)換為功的能量 低級(jí)能量 如： 熱能、焓、內(nèi)能 （ Ex） （ An） （ Ex+An） Ex與 An Ex的定義 當(dāng)系統(tǒng)由一任意狀態(tài)可逆地變化到與給定環(huán)境相平衡的狀態(tài)時(shí)，理論上可以無(wú)限轉(zhuǎn)換 為任何其它能量形式的那部分能量，稱為 Ex 100%相互轉(zhuǎn)換 功 能量中除了 Ex 的部分，就是 An Ex作功能力 Ex —— 作功能力 環(huán)境一定，能量中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分 500 K 100 kJ m a x2931 100500WkJ??????????m a x2931 1 0 01000WkJ??????????1000 K 100 kJ T0=293 K T0=293 K 熱一律和熱二律的 Ex含義 一切過(guò)程， Ex+An總量恒定 熱一律： 熱二律： 在可逆過(guò)程中， Ex保持不變 在不可逆過(guò)程中， 部分 Ex轉(zhuǎn)換為 An Ex損失、作功能力損失、 能量貶值 任何一孤立系， Ex只能不變或減少， 不能增加 —— 孤立系 Ex減原理 由 An轉(zhuǎn)換為 Ex不可能 Degradation of energy Decrease of exergy principle The exergy of an isolated system during a process always decrease or, in the limiting case of a reversible process, remains constant 任何一孤立系， Ex只能不變或減少， 不能增加 —— 孤立系 Ex減原理 In other words, it never increase and exergy is destroyed during an actual process 熱量的 Ex與 An 恒溫?zé)嵩? T 下的 Q ExQ: Q中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分 T S T0 ExQ AnQ 卡諾循環(huán)的功 ? ?00001QT T TE x Q T STTT T S Q T S?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?0A n Q E x T S? ? ? ?Q E x A n??T 熱量的 Ex與 An 變溫?zé)嵩聪碌? Q T S T0 ExQ AnQ 微元卡諾循環(huán)的功 0001QTE x QT T Q T ST?????? ? ?????? ? ? ? ????0QA n T S??Q E x A n??熱量的 Ex與 An的說(shuō)明 Q中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分，就是 ExQ T S T0 ExQ AnQ ExQ = QT0?S = f (Q ,T,T0 ) Ex損失 單熱源熱機(jī)不能作功 T=T0, ExQ=0 Q 一定，不同 T 傳熱 , Ex 損失，作功能力損失 Q ,T0一定， T ExQ T一定， Q ExQ 冷量的 Ex與 An T T0 的冷量 Q2 ,有沒(méi)有 Ex 卡諾循環(huán)的功 0m a x 21TWQT??????????220Q m a x 2 0 20 1Q TE x W Q T S QT???? ? ? ? ? ??????T0 TT0 ?Q1 ?Wmax ?Q2 ? ?m a x 1 m a x 20011TTW Q W QTT? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?02m a x 2 2011CTQW Q QT TTT?? ? ????? ? ? ??????冷量的 Ex與 An的說(shuō)明 實(shí)際上，只要系統(tǒng)狀態(tài)與環(huán)境的狀態(tài)有差別， 就有可能對(duì)外作功，就有 Ex 2Q 0 2E x T S Q? ? ?2Q0A n T S??T S T0 T ExQ2 Q2 冷量 Ex可理解為 : TT0,肯定是對(duì)其作功才形成的，而這個(gè)功（就是 Ex）就儲(chǔ)存在冷量里了。 閉口系統(tǒng)內(nèi)能的 Ex與 An 設(shè)一閉口系統(tǒng) （ 1kg） ，狀態(tài)為 u1, s1, T1, p1, v1 q??w w ’ w ’’ T0 39。q??exu=? 經(jīng)某可逆過(guò)程，與環(huán)境達(dá)到平衡，狀態(tài)為 u0, s0, T0, p0, v0，過(guò)程中放熱 ,對(duì)外作功為w q??假定 通過(guò)可逆熱機(jī)作功 w’ q??exu = w ’’ = w + w ’ 閉口系統(tǒng)內(nèi)能的 Ex與 An q??w w ’ w ’’ T0 39。q?? 熱一律： ? ?0139。 39。39。q u u w? ? ? ?? 熱二律： ? ?is o 0 1039。0qs s sT??? ? ? ? ??? ?0 0 139。q T s s? ???? ? ? ?1 0 0 1 039。39。w u u T s s? ? ? ?閉口系統(tǒng)內(nèi)能的 Ex與 An q??w w ’ w ’’ T0 39。q??? ? ? ?1 0 0 1 039。39。w u u T s s? ? ? ? 內(nèi)能 ex： (有用功 ) ? ?39。39。u 0 0 1e x w p v v? ? ? 克服環(huán)境壓力 ? ? ? ? ? ?u 1 0 0 1 0 0 1 0e x u u T s s p v v? ? ? ? ? ?p0 u1, s1, T1, p1, v1 ? ? ? ?u 0 1 0 0 1 0a n T s s p v v? ? ? ?閉口系統(tǒng)內(nèi)能的 Ex與 An的說(shuō)明 1） 閉口系的內(nèi)能 u1u0，只有一部分是 exu 內(nèi)能 anu=T0(s1s0)p0(v1v0) 2） 當(dāng)環(huán)境 p0, T0一定， exu是 狀態(tài)參數(shù) 3） 環(huán)境的內(nèi)能很大，但內(nèi)能 ex=0 4） 閉口系由 1 2的可逆過(guò)程，工質(zhì)作的 最大功 ? ? ? ? ? ?m a x u 1 u 2 1 2 0 1 2 0 1 2w e x e x u u T s s p v v? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?u 1 0 0 1 0 0 1 0e x u u T s s p v v? ? ? ? ? ?閉口系統(tǒng)內(nèi)能的 Ex舉例 1kg空氣，由 p1=50bar, t1=17oC, 膨脹到p2=40bar, t2=17oC, 已知 p0=1bar, t0=17oC ? ? ? ? ? ?u 1 1 0 0 1 0 0 1