4热力学第二定律

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1、第四章热力学第二定律SecondLawofThermodynamics能量之间数量的关系热力学第一定律能量守恒与转换定律所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能自发进行自发过程的方向性自发过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程。自然界自发过程都具有方向性热量由高温物体传向低温物体摩擦生热水自动地由高处向低处流动电流自动地由高电势流向低电势自发过程的方向性功量自发过程具有方向性、条件、限度摩擦生热热量100%热量发电厂功量40%放热Spontaneousprocess热力学第二定律的实质能不能找出共同的规律性?能不能找到一个判据?自

2、然界过程的方向性表现在不同的方面热力学第二定律§4-1热二律的表述与实质热功转换传热热二律的表述有60-70种1851年开尔文－普朗克表述热功转换的角度1850年克劳修斯表述热量传递的角度开尔文－普朗克表述不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。Kelvin－PlanckStatementItisimpossibleforanydevicethatoperatesonacycletoreceiveheatfromasinglereservoirandproduceanetamountofwork.开尔文－普朗克表

3、述不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。热机不可能将从热源吸收的热量全部转变为有用功，而必须将某一部分传给冷源。理想气体T过程q=wKelvin－PlanckStatement理想气体T过程q=wTspv12热机：连续作功构成循环12有吸热，有放热HeatreservoirsThermalEnergySourceHeatThermalEnergySink冷热源:容量无限大，取、放热其温度不变但违反了热力学第二定律perpetual-motionmachineofthesecondkind第二类永动机：设想的从单

4、一热源取热并使之完全变为功的热机。这类永动机并不违反热力学第一定律第二类永动机是不可能制造成功的环境是个大热源Perpetual–motionmachineofthesecondkind锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器WnetQoutQperpetual-motionmachine1874-1898,J.W.Kelly,hydropneumatic-pulsating-vacu-engine,collectedmillionsofdollars.1918,theU.S.PatentOfficedecreedthatitwouldonl

5、ongerconsideranyperpetual-motionmachineapplications.中国上世纪八十年代，王洪成，水变油克劳修斯表述不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。Itisimpossibletoconstructadevicethatoperatesinacycleandproducesnoeffectotherthanthetransferofheatfromalower-temperaturebodytoahigher-temperaturebody.Clausiusstatement克劳修

6、斯表述不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。空调,制冷代价：耗功Clausiusstatement两种表述的关系开尔文－普朗克表述完全等效!!!克劳修斯表述：违反一种表述,必违反另一种表述!!!证明1、违反开表述导致违反克表述Q1’=WA+Q2’反证法：假定违反开表述热机A从单热源吸热全部作功Q1=WA用热机A带动可逆制冷机B取绝对值Q1’-Q2’=WA=Q1Q1’-Q1=Q2’违反克表述T1热源AB冷源T2

7、Q1-Q2反证法：假定违反克表述Q2热量无偿从冷源送到热源假定热机A从热源吸热Q1冷源无变化从热源吸收Q1-Q2全变成功WA违反开表述T1热源A冷源T2100％不可能热二律否定第二类永动机t=100％不可能§4-2卡诺循环与卡诺定理法国工程师卡诺(S.Carnot)，1824年提出卡诺循环热

8、二律奠基人效率最高卡诺循环—理想可逆热机循环卡诺循环示意图4-1绝热压缩过程，对内作功1-2定温吸热过程，q1=T1(s2-s1)2-3绝热膨胀过程，对外作功3-4定温放热过程，q2=T2(s2-s1)Carnotcyc