1 Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics Chapter 5 The second law of thermodynamics Smith
Chapter 5. The second law of thermodynamics 2 功與熱的品質 兩種能量傳遞的行為與特 性 功與熱的差異提供熱力學 第二定律的架構 熱力學第二定律的陳述 ( 文 字陳述 ) 將得到的熱完全轉變為功， 嘿！嘿！嘿！ 將熱由低溫傳送到高溫， 嗯！
Chapter 5. The second law of thermodynamics 3 一循環程序不可能 將系統所吸收到的 熱轉變為功 熱機 蒸氣動力廠的運作流 程示意圖 熱機熱功交換示意圖 熱機效率的極限
Chapter 5. The second law of thermodynamics 4 卡諾循環 卡諾以四個可逆程序來討 論建立熱機的操作 卡諾理論 卡諾對一個熱機效率的 陳述 一個熱機操作之最佳效 率極限
Chapter 5. The second law of thermodynamics 5 卡諾理論的驗證 一熱機高溫吸熱低溫放熱， 一能量守恒，可以輸出功 以卡諾冷凍機並聯運作， 來討論證明與說明熱機效 率的關係 當一熱機效率高於卡諾程 序 由冷槽取熱的量
Chapter 5. The second law of thermodynamics 6 釋放熱到熱槽的量 結論 違反熱力學第二定律的陳 述 熱機效率與工作流體的關 係陳述 一循環程序，工作流體為 吸放熱與輸出功的媒介
Chapter 5. The second law of thermodynamics 7 溫度標 攝氏溫度標 理想氣體溫度標 熱力學溫度標 熱力學溫度標建立的架構
Chapter 5. The second law of thermodynamics 8 熱機效率溫度標之關係式 溫度函數 溫度函數 f 溫度函數 溫度函數 的特性 與冷熱源儲槽溫度無關 不相依於工作流體的性 質
Chapter 5. The second law of thermodynamics 9 如果用凱式溫標 那麼 溫度函數的數學 式是如何呢 ？ 以理想氣體為工作流體， 卡諾循環操作的四個程序 如右圖之分析 等溫程序之熱傳導量與系 統體積之關係式
Chapter 5. The second law of thermodynamics 10 吸與放之熱傳導量與系統 體積的關係式 絕熱程序之系統溫度與系 統體積的關係式 演算消去系統體積，以觀 察吸與放之熱傳導量與系 統溫度之關係式 結論 好簡單的溫度函數關係
Chapter 5. The second law of thermodynamics 11 熱機效率用溫度表示 一個新函數 熵的定義 可諾熱機程序下之熱溫比 值關係式 任一循環程序可用無數個 卡諾熱機來構成 整個循環程序之熱溫比值 的總合為 0
Chapter 5. The second law of thermodynamics 12 熱溫比值應該可以是一個 狀態性質 將之定義為熵 Entropy 由於熱機的操作引導了古 典熵變數的定義
Chapter 5. The second law of thermodynamics 13 理想氣體的熵變化的計算 自變數為溫度與體積時 分別以恆容程序與恆溫 程序計算 自變數為壓力與溫度時 分別以恆壓程序與恆溫 程序計算
Chapter 5. The second law of thermodynamics 14 將溫度效應的積分部分寫 成電腦副程式 用積分推導計算副程式的 運算式 用平均熱容量的觀念推導 計算副程式的運算式 總熵計算除了溫度效應還 有壓力 ( 體積 ) 效應的計算
Chapter 5. The second law of thermodynamics 15 熱力學第二定律的陳述 熱量由高溫體流向低溫體 為一自發程序 程序之總熵變化值必然大 於或等於 0 證明 思考一個不可逆絕熱膨 脹程序 以一個可逆程序經兩個 步驟回到出發點
Chapter 5. The second law of thermodynamics 16 可逆程序之熵變化如第 5 行表示式 循環程序內能不變化作 能量平衡式得功與熱傳 量之關係 如果為可逆吸熱由第 10 行知道所吸收的熱量會 完全轉變為功 如果為可逆放熱由第 10 行知道所有的功會完全 轉變為熱
Chapter 5. The second law of thermodynamics 17 熱力學第二定律知數學描 述式 熱機的角色與功能
Chapter 5. The second law of thermodynamics 18 開放系統之熵平衡 系統累積量 流體帶進出系統之部分 熱傳導之部分 程序不可逆
Chapter 5. The second law of thermodynamics 19 將熱傳導貢獻的部分之熱 溫比值的溫度用外界溫度 表示 因測量表面溫度不易
Chapter 5. The second law of thermodynamics 20 穩態流動程序 微分式 積分式 理想功的計算 功的極限值 可逆程序
Chapter 5. The second law of thermodynamics 21 以熵平衡是推算熱交換量 對一穩態可逆程序之熱 交換量 以能量平衡式計算功 穩態流動程序的能量守 恆式 理想功的計算式 進出口各有一個流束之 功的計算式
Chapter 5. The second law of thermodynamics 22 單位質量為基準之功的 計算式 一程序之熱力學效率 對系統輸入功 系統輸出功
Chapter 5. The second law of thermodynamics 23 流失的功 以理想功為基準計算程序 流失的功 理想功 可逆程序所相關的功
Chapter 5. The second law of thermodynamics 24 程序之不可逆所造成熵產 生量即為流失的功 熱力學第三定律 絕對熵值的定義 絕對熵值的狀態條件基準 點 古典熱力學計算熵值的計 算式
Chapter 5. The second law of thermodynamics 25 微觀觀點 熵的觀念 巨觀的體積膨脹之熵變化 利用系統體積計算 利用系統壓力計算
Chapter 5. The second law of thermodynamics 26 微觀的思考 排列狀態數 熵的定義 熵變化的計算
Chapter 5. The second law of thermodynamics 27 果然與巨觀分析計算結果 相同
Chapter 5. The second law of thermodynamics 28 劇情如何發展？ 敬請期待！