6-7 热力学第二定律 卡诺定律

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1、热力学第二定律(secondlawofthermodynamics)的提出1.功热转换的条件第一定律无法说明.一热力学第二定律的两种表述面临的困难：说明自然宏观过程的方向规律只满足能量守恒定律（热力学第一定律）的过程一定能实现吗？2.热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题第一定律无法说明.1.开尔文(Kelvin)说法：(Kelvinstatement)不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其他物体，或者说不使外界发生任何变化.开尔文Notes:①单一热源：单一温度的热库说明：若不是循环过程，从单一热库吸收热量

2、全部转化为有用的功是完全可能的。如等温膨胀。1.开尔文(Kelvin)说法：(Kelvinstatement)不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其他物体，或者说不使外界发生任何变化.开尔文②指的是循环过程Notes:③意味着=1的热机不存在.等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它非循环过程.12WW低温热源高温热源卡诺热机WABCD卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化.2.克劳修斯说法（Claus

3、iusstatement)：不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化.高温热源低温热源卡诺致冷机WABCD克劳修斯永动机的设想图3.热力学第二定律也可以表述为：第二类永动机是不可能制成的.Perpetualmotionmachineofthesecondkind高温热源低温热源热力学第二定律的开尔文说法和克劳修斯说法实质上是等效的.两种说法的等效性：高温热源低温热源注意1、热力学第二定律是大量实验和经验的总结，因而无法直接验证其正确性；3、热力学第二定律可有多种说法，但每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性.2、热力学第二定律开尔文说

4、法与克劳修斯说法具有等效性；解:假设两条绝热线I与II在p-V图上相交于一点A，如图所示。例题:试证在p-V图上两条绝热线不能相交。ⅢⅠⅡpVA用反证法.现在在图上画一等温线Ⅲ，使它与两条绝热线组成一个循环。这个循环只有一个单热源，它把吸收的热量全部转变为功即＝100％，并且周围没有变化。显然，这是违反热力学第二定律的，因此两条绝热线不能相交。例题：(5352)所列四图分别表示理想气体的四个设想的循环过程．请选出其中一个在物理上可能实现的循环过程的图的标号．(B)例题：(5075)如图所示，设某热力学系统经历一个由c→d→e的过程，其中，ab是一条绝

5、热曲线，c、e在该曲线上．由热力学定律可知，该系统在过程中(A)不断向外界放出热量．(B)不断从外界吸收热量．(C)有的阶段吸热，有的阶段放热，整个过程中吸的热量等于放出的热量．(D)有的阶段吸热，有的阶段放热，整个过程中吸的热量大于放出的热量．(E)有的阶段吸热，有的阶段放热，整个过程中吸的热量小于放出的热量.(D)准静态无摩擦过程为可逆过程可逆过程:在系统状态变化过程中,如果逆过程能重复正过程的每一状态,而不引起其他变化,这样的过程叫做可逆过程.二可逆过程(reversibleprocesses)与不可逆过程非准静态过程为不可逆过程.不可逆过程：在

6、不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程.准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程.可逆过程的条件：气体的绝热自由膨胀（adiabaticfreeexpansion）气体绝热自由膨胀的过程具有方向性一切与热现象有关的实际宏观过程都具有方向性，其相反过程不可能自然发生.过程中系统不吸热、不作功，内能、温度不变，唯一的变化是体积增大实际宏观过程按一定方向进行的规律就是热力学第二定律非自发传热自发传热高温物体低温物体热传导热功转换完全功不完全

7、热自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都涉及热功转换或热传导，都是不可逆的.热力学第二定律的实质非均匀、非平衡均匀、平衡自发开尔文说法——热功转换的不可逆性.克劳修斯说法——热传导的不可逆性.transformbetweenworkandheatheatconduction功变为热是机械能（或电能）转变为内能的过程。从微观上看，是大量分子的有序（这里指分子速度的方向）运动向无序运动转化的过程，这是可能的；而相反的过程，即无序运动自动地转变为有序运动，是不可能的。因此从微观上看，在功热转换现象中，自然过程总是沿着使大量分子的运动从有序状态向无序状态的方向

8、进行。热功转换完全功不完全热两个温度不同的物体经过热接触，最后达到温度相同。初态温度高的物体分