8–5-热力学第二定律-卡诺定理

上页下页末页退出首页上页下页末页退出首页第二定律的提出（1）第一定律无法说明功热转换的条件；（2）第一定律无法说明热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题。一热力学第二定律的两种表述不可制成一种循环动作的热机，它只从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。1．开尔文表述热力学第二定律的开尔文表述也可表述为：第二类永动机是不可能造成的。上页下页末页退出首页等温膨胀过程是从单一热源吸热做功，而不放出热量给其他物体，但它非循环过程。12),,(11TVP),,(22TVP1P2P1V2VPVoWUTQWVOP2TW1Tabcd21TT低温热源2T高温热源1T卡诺热机1Q2QW卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化。上页下页末页退出首页2克劳修斯说法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。克劳修斯表述也可以表述为：热量不可能自动地从低温物体传向高温物体，其中“自动地”是指不需要消耗外界能量。虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界做功且使环境发生变化。上页下页末页退出首页热力学第二定律适用范围和条件是：（1）对有限范围内的宏观过程是成立的；（2）不适用于少量分子的微观体系；（3）也不能把它推广到无限的宇宙。热力学第二定律是独立于热力学第一定律的新规律，是大量实验和经验的总结，可以证明，热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法是等效性，并且热力学第二定律还可有多种说法，每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性。上页下页末页退出首页二、可逆过程和不可逆过程可逆过程:一个系统，由某一状态a出发，经过一过程L达到另一状态b，如果系统从状态b出发，沿过程L的反方向进行，可以经过和原来一样的那些中间状态，重新回到状态a，而且消除过程L中外界所引起的一切影响，则过程L称为可逆过程。反之，如果沿过程L的反方向进行，不能使系统和外界完全复原，则过程L称为不可逆过程。上页下页末页退出首页（1）无摩擦的准静态过程是可逆过程。（2）功变热的过程是不可逆过程。（3）气体的自由膨胀是不可逆过程。初态末态（4）气体的迅速膨胀是不可逆过程。上页下页末页退出首页非自发传热自发传热高温物体低温物体热传导热功转换完全功不完全热自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.热力学第二定律的实质无序有序自发非均匀、非平衡均匀、平衡自发上页下页末页退出首页实例：生命过程是不可逆的：出生童年少年青年中年老年火葬场不可逆！“今天的你我怎能重复昨天的故事!”君不见黄河之水天上来，奔流到海不复返。君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。上页下页末页退出首页三、卡诺定理1．定理内容定理一：所有工作于相同高温热源与低温热源之间的可逆机，其效率相等，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即121211TTQQ可逆定理二：工作于相同高温热源与低温热源之间的所有不可逆热机的效率不大于可逆热机的效率。121TT不可逆上页下页末页退出首页（1）在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切可逆热机其效率都相等，而与工作物质无关。（2）在相同的高温热源和相同的低温热源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。卡诺定理在原则上解决了热机效率的极限值问题。注意：热源指的是温度均匀的恒温热源；在两热源间工作的可逆机只能是卡诺热机；卡诺在1824年提出其定理，热力学第一、第二定律均未建立。他是在热质说及第一类永动机不可能的基础上给出证明，证明的方法是错误的，但结果却是正确的。2．卡诺定理说明上页下页末页退出首页（1）在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切可逆致冷机，其致冷系数都相等，而与工作物质无关。（2）在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切不可逆致冷机，其致冷系数都不可能大于可逆致冷机的致冷系数。3．对致冷机，我们可引入类似的卡诺定理：上页下页末页退出首页8–10一条等温线与一条绝热线能否相交两次？两条等温线和一条绝热线是否可以构成一个循环？为什么？8–11据热力学第二定律判定下面两种说法是否正确？（1）功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功；（2）热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体。上页下页末页退出首页8–12下列过程是可逆的？还是不可逆的？（1）汽缸与活塞组合中装有气体，当活塞上没有外加压力活塞与汽缸间没有摩擦时（不计活塞的质量）；（2）上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与汽缸间摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时；（3）上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀；（4）在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使他温度升高；上页下页末页退出首页（5）一传热的容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，液体被不停地搅动，可保持温度不变；（6）在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合；（7）在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合。上页下页末页退出首页例题1关于热功转换和热量传递过程，有下面一些叙述：（1）功可以完全变为热量，而热量不能完全变为功（2）一切热机的效率都只能够小于１（3）热量不能从低温物体向高温物体传递（4）热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的以上这些叙述（A）只有（2）、（4）正确。（B）只有（2）、（3）、（4）正确。（C）只有（1）、（3）、（4）正确。（D）全部正确。（A）上页下页末页退出首页例题2根据热力学第二定律可知：（A）功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功（B）热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体（C）不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程（D）一切自发过程都是不可逆的．（D）上页下页末页退出首页例题3“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外做功．”对此说法，有如下几种评论，哪种是正确的？（A）不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律（B）不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律（C）不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律（D）违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律（C）上页下页末页退出首页例题4热力学第二定律表明：（A）不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的功（B）在一个可逆过程中，工作物质净吸热等于对外做的功（C）摩擦生热的过程是不可逆的．（D）热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体（C）