第六章 热力学基础(2009)2.ppt

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1、热一律一切热力学过程都应满足能量守恒。但满足能量守恒的过程是否一定都能进行?热二律满足能量守恒的过程不一定都能进行!过程的进行还有个方向性的问题。问题:一、热力学过程的方向性6-6自然过程的不可逆性注意：方向性，指无条件的、自发的、勿须外界干预而进行的方向。1功热转换自由膨胀过程热力学第二定律的任务就是要说明与热相联系的自发过程的方向性。搅拌水作功真空2???君不见黄河之水天上来奔流到海不复回君不见高堂明镜悲白发朝如青丝暮成雪不可逆过程3一个系统由某一状态出发，经过某一过程达到另一状态，如果存在另外一过程，它能使系统和外界完全复原,则原

2、过程为可逆程。可逆过程反之如果用任何方法都不可能使系统和外界完全复原，则原过程为不可逆过程。不可逆过程二、可逆过程(reversibleprocess)与不可逆过程(irreversibleprocess)一切与热现象有关的过程都有明显的方向性，这种有方向性的过程，就是不可逆过程。自然界中:4热传导过程是不可逆过程功热转换过程是不可逆过程气体的自由膨胀过程是不可逆过程真空非平衡态到平衡态的过程是不可逆的不可逆过程自发进行的过程非平衡态到平衡态5生命过程就是不可逆的:出生“今天的你我怎能重复昨天的故事!”童年少年青年中年老年…为什

3、么一切自然过程(实际过程)都是不可逆过程？(1)存在摩擦等耗散因素(2)存在某些不平衡因素，故为非准静态过程。6只有无耗散的准静态过程才是可逆过程宏观上与热相伴过程的不可逆性是相互关联的7一、热力学第二定律的两种宏观表述6-7热力学第二定律的表述卡诺定理1.开尔文表述（Kelvin，1851）不可能从单一热源吸收热量使之完全变为有用功而不产生其它影响。说明：“单一热源”：温度均匀且恒定不变的热源。“其它影响”：指除了由单一热源吸收热量，把所吸收的热量全部用来作功以外的任何其它变化。如理想气体的等温膨胀：从单一热源吸热完全变为功外，但引起了其

4、它变化，即过程结束时，气体的体积膨胀了(“其它影响”)。8开尔文（Kelvin）表述的另一形式①第二类永动机：从单一热源吸收热量全部转化为机械功而不产生其它影响的一种循环动作的机器。②表述：第二类永动机是不可能制成的。热机效率是不可能达到100%的。在自然界中把热转化为功时，不可避免地把一部分热传递给低温的环境。热机Q2Q1高温热源T1低温热源T2W有人估算将海水降低0.01K，所获得的能量可使全世界的工厂开动几个世纪。单一热源热机9Q2.克劳修斯(Clisuis)表述(1850)3.两种表述的等效性反证法：违反了Kelvin表述也就违反了

5、Clausius表述反过来违反了Clausius表述也就违反了Kelvin表述。借助致冷机，是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。高温热源T1低温热源T2Clausius表述：热传导的过程是不可逆的。热量不能自动地从低温物体传向高温物体Kelvin表述：功热转换的过程是不可逆的。10如果第二类永动机可造出来1)违反了Kelvin表述也就违反了Clausius表述令其推动卡诺致冷机联合机的唯一效果：即从单一热源吸热全部变成有用功而无其它影响热机高温热源（T1）低温热源（T2）Q1Q1+Q2致冷机高温热源（T

6、1）低温热源（T2）Q2WQ2Q2违反了Clausius表述11热机热机2)违反了Clausius表述也就违反了Kelvin表述即热量自动从低温物体传到高温物体高温热源（T1）低温热源（T2）W=Q1-Q2Q1-Q2高温热源（T1）Q1Q2W=Q1-Q2令其推动卡诺热机联合机的唯一效果：Q2Q2违反了Kelvin表述设有一违反Clausius表述的致冷机存在12各种自发过程的不可逆性是相互关联的任何一种不可逆过程的表述，都可作为热力学第二定律的表述！热二律的实质：与热相联系的自然现象中一切自发过程都是不可逆的。功、热转换的不可逆性热传导的不

7、可逆性开氏、克氏表述等效13例运用热Ⅱ律处理问题的典型思想方法：反证法1.证明两条绝热线不相交设两个绝热线交于B，可作一等温线与两条绝热线构成一循环，形成单热源热机，违反热力学第二定律。原假设不成立，两绝热线不能相交。2.证明一条等温线和一条绝热线不能有两个交点设等温线与绝热线有两个交点，则形成单热源热机，违反热力学的二定律。AB14例6-3.一定量的理想气体，从P-V图上初态经历（1）或（2）过程到达末态b，已经a,b两态处于同一绝热线上（图中虚线是绝热线），问两过程中气体是吸热还是放热？(A)（1）过程吸热，（2）过程放热;(B)（1）

8、过程放热，（2）过程吸热;(C)两种过程都吸热;(D)两种过程都放热。提示：与绝热过程组成循环过程来判断。(1)(2)ab15答：例6-4如图，MT为等温线，MQ为绝热线，则在A