8-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理

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1、热力学第二定律的的引入由热力学第一定律可知，热机效率不可能大于100%。那么热机效率能否等于100%（）呢？地球热机Q1A若热机效率能达到100%,则仅地球上的海水冷却1℃,所获得的功就相当于1014t煤燃烧后放出的热量单热源热机(第二类永动机)是不可能的。1开尔文说法：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.总结1功热转换的条件第一定律无法说明.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.一热力学第二定律的两种表述(1)热力学第二定律开尔文

2、表述的另一叙述形式:第二类永动机不可能制成说明(2)热力学第二定律的开尔文表述实际上表明了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：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(1)热力学第二定律克劳修斯表述的另一叙述形式:理想制冷机不可能制成说明(2)热力学第二定律的

3、克劳修斯表述实际上表明了3.热机、制冷机的能流图示方法热机的能流图致冷机的能流图高温热源低温热源低温热源高温热源4.热力学第二定律的两种表述等价(1)假设开尔文表述不成立克劳修斯表述不成立高温热源低温热源(2)假设克劳修斯表述不成立开尔文表述不成立低温热源高温热源注意1）热力学第二定律是大量实验和经验的总结3）热力学第二定律独立与热力学第一定律。4）热力学第二定律是反映自然界自发宏观过程进行的方向性.即哪些过程能自发进行，哪些过程不能自发进行。2）热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性.与热现象有关的自然界的过程是有方向性

4、的,人类社会中的许多过程也是有方向性的。如：低温物体高温物体热量自动膨胀的气体压缩的气体体积自动二、可逆过程的引入热力学过程通常分为两类:可逆过程和不可逆过程.准静态无摩擦过程为可逆过程可逆过程:若系统经历了某一个过程，由状态1变化到状态2，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，则原过程称为可逆过程。1.可逆与不可逆过程非准静态过程为不可逆过程.不可逆过程：如果用任何方法都不能使系统和外界恢复到原来状态，该过程就称不可逆过程自发过程：自然界中不受外界影响而能够自动发生的过程。2.举例：mx弹簧振子(无摩擦时)过程可逆(有摩擦时

5、)不可逆（真空）可逆（有气体）不可逆功向热转化的过程是不可逆的。•墨水在水中的扩散一切自发过程都是单方向进行的不可逆过程。•热量从高温自动传向低温物体的过程是不可逆的•自由膨胀的过程是不可逆的。•结论：一切与热现象有关的过程都是不可逆过程，一切实际过程都是不可逆过程。3.实现可逆过程的条件：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.不可逆过程的微观本质？讨论个粒子在空间的分布问题可分辨的粒子集中在左空间的概率三、热力学第二定律的统计意义粒子集中在左空间的概率可分辨粒子总数N=4N124NW（

6、左）各种分布的状态总数热力学第二定律的统计意义：系统总是从热力学概率小的宏观状态向热力学概率大的宏观状态进行，即从有序向无序的状态发展。1.在相同的高温热源（温度为T1）和相同的低温热源（温度T2）之间工作的一切可逆热机，不论它们用什么工作物质，其效率相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即四、卡诺定理2.在相同的高、低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率。说明(1)要尽可能地减少热机循环的不可逆性，（减少摩擦、漏气、散热等耗散因素）以提高热机效率。(2)卡诺定理给出了热机效率的极限。地球上的人要在月球

7、上居住，首要问题就是保持他们的起居室处于一个舒适的温度，现考虑用卡诺循环机来作温度调节，设月球白昼温度为1000C，而夜间温度为1000C，起居室温度要保持在200C，通过起居室墙壁导热的速率为每度温差0.5kW，白昼和夜间给卡诺机所供的功率解例求在白昼欲保持室内温度低，卡诺机工作于致冷机状态，从室内吸取热量Q2，放入室外热量Q1则每秒钟从室内取走的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即在黑夜欲保持室内温度高，卡诺机工作于致冷机状态，从室外吸取热量Q2，放入室内热量Q1每秒钟放入室内的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即解得说明此种用可

8、逆循环原理制作的空调装置既可加热，又可降温，这就是冷暖双制空调的原理。