热力学第二定律的表述卡诺定理.ppt

热力学第二定律的的引入,由热力学第一定律可知，热机效率不可能大于100% 。那么热机效率能否等于100%（ ）呢？,地球,热机,Q1,A,若热机效率能达到100%, 则仅地球上的海水冷却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。,1 开尔文说法：不可能制造出这样一种循 环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而 不放出热量给其他物体，或者说不使外界发生任 何变化 .,总结,1 功热转换的条件第一定律无法说明.,2 热传导的方向性、气体自由膨胀的不可 逆性问题第一定律无法说明.,一 热力学第二定律的两种表述,(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,等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它非循环过程.,卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.,虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温 物体，但需外界作功且使环境发生变化 .,2 克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体自 动传到高温物体而不引起外界的变化 .,(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,3. 热机、制冷机的能流图示方法,热机的能流图,致冷机的能流图,4. 热力学第二定律的两种表述等价,(1) 假设开尔文 表述不成立,克劳修斯表述不成立,(2) 假设克劳修 斯 表述不成立,开尔文表述不成立,1） 热力学第二定律是大量实验和经验的总结,3）热力学第二定律独立与热力学第一定律。 4）热力学第二定律是反映自然界自发宏观过程进行的方向性 .即哪些过程能自发进行，哪些过程不能自发进行。,2）热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说 法具有等效性 .,与热现象有关的自然界的过程是有方向性的, 人类社会中的许多过程也是有方向性的。如：,低温物体,高温物体,热量自动,膨胀的气体,压缩的气体,体积自动,二、可逆过程的引入,热力学过程通常分为两类:可逆过程和不可逆过程.,准静态无摩擦过程为可逆过程,可逆过程 :若系统经历了某一个过程，由状态1变化到状态2，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，则原过程称为可逆过程。,1.可逆与不可逆过程,不可逆过程：如果用任何方法都不能使系统和外界恢复到原来状态，该过程就称不可逆过程,自发过程：自然界中不受外界影响而能够自动发生的过程。,2.举例：,弹簧振子(无摩擦时),过程可逆,(有摩擦时),不可逆,（真空）,可逆,（有气体）,不可逆,功向热转化的过程是不可逆的。,墨水在水中的扩散,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。,结论：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。,3.实现可逆过程的条件：准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程 .,讨论 个粒子在空间的分布问题,可分辨的粒子集中在左空间的概率,三、热力学第二定律的统计意义,粒子集中在左空间的概率,可分辨粒子总数 N = 4,各种分布的状态总数,1. 在相同的高温热源（温度为T1）和相同的低温热源（温度T2 ）之间工作的一切可逆热机，不论它们用什么工作物质，其效率 相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即,四、 卡诺定理,2. 在相同的高、低温热源之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。,说明,(1) 要尽可能地减少热机循环的不可逆性，（减少摩擦、 漏气、散热等耗散因素 ）以提高热机效率。,(2) 卡诺定理给出了热机效率的极限。,地球上的人要在月球上居住，首要问题就是保持他们的起居室处于一个舒适的温度，现考虑用卡诺循环机来作温度调节，设月球白昼温度为1000C，而夜间温度为 1000C， 起居室温度要保持在200C，通过起居室墙壁导热的速率为每度温差0.5kW，,白昼和夜间给卡诺机所供的功率,解,例,求,在白昼欲保持室内温度低，卡诺机工作于致冷机状态，从室内吸取热量Q2 ， 放入室外热量Q1,则,每秒钟从室内取走的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即,在黑夜欲保持室内温度高，卡诺机工作于致冷机状态