第五章--热力学第二定律

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1、第五章热力学第二定律1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：不需要任何外界作用而自动进行的过程。25-1热力学第二定律的实质及表述自然界自然过程都具有方向性，都是不可逆过程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一、自然过程的方向性3例1．功热转换的方向性功热可以自动地进行(如摩擦生热、焦耳实验)例2．热传导的方向性热量可以自动地从高温物体传向低温物体,但相反的过程却不能发生.热功不可以自动地进行（焦耳实验的逆过程）4例

2、3.气体自由膨胀的方向性气体自动膨胀是可以进行的,但自动收缩的过程是不可能的.位置较有序位置更无序例4.气体混合过程的方向性气体混合过程是可以进行的,但使混合物中各组份分离要花代价：耗功或耗热.5实际上,“一切与热现象有关的自然过程（不受外界干预的过程，例如孤立系统内部的过程）都是不可逆的，都存在一定的方向性----存在着时间箭头”.上述温差传热、自由膨胀、混合过程是在温度差、压力差、浓度差等作用下进行的过程，而有限势差推动下进行的过程是非准平衡过程，非准平衡变化是造成过程不可逆的另一因素。6例5.生命现象及其人类活动生命过程是不可逆的:

3、出生童年少年青年中年老年八宝山不可逆!“今天的你我怎能重复过去的故事!”7二、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?自然界过程的方向性表现在不同的方面热力学第二定律:它是论述热力过程的方向性及能量贬值的客观规律8热力学第二定律的表述:热功转换传热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91、开尔文－普朗克表述不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量，并使之完全转变为有用功而其它物体不发生任何变化。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

4、部分传给冷源。理想气体T过程q=w冷热源:容量无限大，吸取、放热其温度不变10但违反了热力学第二定律第二类永动机是不可能制造成功的第二类永动机：从单一热源取热并使之完全变为有用功的热机。并不违反热力学第一定律环境是个大热源112、克劳修斯表述热量不可能自动地无偿地从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。空调,制冷代价：耗功热——功非自发过程补偿传热过程相同与不同：低温——高温非自发过程补偿耗功生热过程123、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!!!13证明1、违反克表述导致违反开表述W

5、A=Q1-Q2反证法：假定违反克劳修斯表述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违反开尔文表述T1热源A冷源T2100％不可能热力学第二定律否定第二类永动机t=100％不可能热效

6、率最大能达到多少？又与哪些因素有关？165.2卡诺循环与卡诺定理法国工程师卡诺提出卡诺循环-效率最高卡诺认为：1）热量像水一样：水从高处低处作功低温作功热从高温水轮机热动力机2）可逆过程输出的功最大，循环的吸、放热过程均应是等温过程。3）连接吸、放热的过程应是可逆绝热过程。17一、卡诺循环—理想可逆热机循环卡诺循环示意图4-1定熵压缩过程，对内作功1-2定温吸热过程，q1=T1(s2-s1)2-3定熵膨胀过程，对外作功3-4定温放热过程，q2=T2(s4-s3)无摩擦情况下，在一准静态循环过程中,若系统只和高温热源(温度T1)与低温热源(

7、温度T2)交换热量,这样的循环称为卡诺循环。18卡诺循环热机效率卡诺循环热机效率T1T2Rcq1q2w19卡诺循环热机效率的说明•t,c只取决于恒温热源T1和T2,而与工质的性质无关；•T1t,c,T2,温差越大，t,c越高•当T1=T2，t,c=0,单热源热机不可能•如果t,c=100%，则T1=或T2=0K20T0c二、逆向卡诺循环卡诺制冷循环T0T2制冷T0T2Rcq1q2wTss2s1T2c21T1’逆向卡诺循环卡诺制热循环T0T1制热TsT1T0Rcq1q2ws2s1T0’22三种卡诺循环T0T2T1制冷

8、制热TsT1T2动力23三、概括性卡诺循环（极限回热）由2个可逆定温过程(a-b、c-d)和2个同类型的其他可逆过程（d-a、b-c）组成，二过程的多变指数n相同。bcdafeT1T2工质在b