热力学第二定律和卡诺定理.ppt

《热力学第二定律和卡诺定理.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、1.2两种表述的等价性2.1卡诺定理(含两条内容)2.2卡诺定理的证明2.3卡诺定理的应用—热力学温标例题1.1可逆过程和不可逆过程1.3不可逆过程是相互关联的第四章热力学第二定律熵§1热力学第二定律§2卡诺定理及其应用观察与实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，或者说是有方向性的。例如，热量可以从高温物体自动地传给低温物体，但是却不能从低温传到高温。热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化过程中必须遵循的规律，但并未限定过程进行的方向。对这类问题的解释需要一个独立于热力学第一定律的新的自然

2、规律，即热力学第二定律。为此，首先介绍可逆过程和不可逆过程的概念。前言第四章热力学第二定律熵广义定义：假设所考虑的系统由一个状态出发经过某一过程达到另一状态，如果存在另一个过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回到原来状态，同时消除原过程对外界引起的一切影响）则原来的过程称为可逆过程；反之，如果用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外界完全复员，则称为不可逆过程。狭义定义：一个给定的过程，若其每一步都能借外界条件的无穷小变化而反向进行，则称此过程为可逆过程。1.1可逆过程和不可逆过程§1热力学第二定律卡诺循环是可逆循环

3、。可逆传热的条件是：系统和外界温差无限小，即等温热传导。在热现象中，这只有在准静态和无摩擦的条件下才有可能。无摩擦准静态过程是可逆的。可逆过程是一种理想的极限，只能接近，绝不能真正达到。因为，实际过程都是以有限的速度进行，且在其中包含摩擦，粘滞，电阻等耗散因素，必然是不可逆的。经验和事实表明，自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是按一定方向进行的，都是不可逆的。由热力学第一定律可知，热机效率不可能大于100%。一个伟大的梦想：热机效率能否等于100%？••••地球热机Q1A若热机效率能达到100%,则仅地球上的

4、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。热源热源第二类永动机不可实现开尔文说：不可能只从单一热源吸收热量，使之完全转化为功而不引起其它变化。(1)热力学第二定律开尔文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克劳修斯说：热量不能自动地从低温物体传向高温物体那是一个虚幻的梦想！(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)热力学第二定律的克劳修斯表述实际上表明了功向热转化的过程是

5、不可逆的。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。（真空）可逆（有气体）不可逆墨水在水中的扩散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。不平衡和耗散等因素的存在，是导致过程不可逆的原因。为什么实际过程是不可逆的？无摩擦的准静态过程是可逆过程（是理想过程）热力学第二定律的实质，就是揭示了自然界的一切自发过程都是单方向进行的不可逆过程。热力学第二定律是一条经验定律，因此有许多叙述方法。最早提出并作为标准表述的是1850的克劳修

6、斯表述和1851年的开尔文表述。热力学的二定律的表述克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。与之相应的经验事实是，当两个不同温度的物体相互接触时，热量将由高温物体向低温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到高温物体。如果借助制冷机，当然可以把热量由低温传递到高温，但要以外界作功为代价，也就是引起了其他变化。克氏表述指明热传导过程是不可逆的。1.2热力学第二定律开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。相应的经验事实是，功可以完全变热，但要把热完全变为功而不

7、产生其他影响是不可能的。如，利用热机，但实际中热机的循环除了热变功外，还必定有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸热完全变为功外，还引起了其它变化，即过程结束时，气体的体积增大了。克氏表述指明热传导过程是不可逆的。开氏表述指明功变热的过程是不可逆的。自然界中各种不可逆过程都是相互关联的。意即一种宏观过程的不可逆性保证了另一种过程的不可逆性；反之，若一种实际过程的不可逆性消失了，其它实际过程的不可逆性也随之消失。下面举

8、例并以反证法证之。由功变热过程的不可逆性推断热传导过程的不可逆性。（见图1）T1T2Q2Q2Q1Q2AT1Q2T2Q1-Q2A图11.3不可逆过程是相互关联的图1的说明：假定：热传导是可逆的。在T1和T2之间设计一卡诺热机，并使它在一次循环中从高温热源T1吸热Q1，对外作功

9、A

10、，向低温热源T2放热Q2（Q1-Q2=

11、A

12、）。然后，Q2可以自动地传给T1而