中学物理竞赛讲义-8.3热力学第二定律-热传递方式

8.3热力学第二定律热传递方式一、热力学第二定律表述1,起其他变化（需要做功。热传递的方向性表述2：不可能从单一热源取热,把它全部变为功而不产生其他任何影响机械能、内能转化的方向性（能量耗散）表述3：有序到无序,熵增加第一类永动机：不需要动力的机器,它可以源源不断的对外界做功违反能量守恒定律第二类永动机：从单一热库吸收热量,全部用于做功。机械能而不引起其它变化。二、卡诺循环当高温热源和低温热源的温度确定之后,所有热机中,按照卡诺循环运行的热机效率是最高的。（证明略）卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。从高温热源等温吸热Q1,对外做功,并向低温热源散热Q。Q2,,,为相反数。W两个等温过程中,热量交换加上做功等于0,因此,

inRT2Q T1 1Q如果将上述过程反过叫做逆卡诺循即在外界做功W的帮助从低温热源吸热Q2,向高温热源热 。例如空调、冰箱都有这种功能（但现实中的空调、冰箱不一定满足逆卡诺循环的条件。Q1对于逆卡诺循环,常用制冷系数进行描述：2 QQ2

TTQQnRTln1 1 1V2V1Q2nRTln2 2V4V3利用绝热过程的状态方程：PV22PVPV,即33PV,即V1nRTV1nRT2 1 3 24411V1nRTV1nRT4 2 1 1有上述公式可得卡诺热机的效率,即最大效率：QQ TT121 22例1、有一卡诺致冷机,从温度为-10℃的冷藏室吸取热量,而向温度为20℃的物体放出热量。设该致冷机所耗功率为15kW,问每分钟从冷藏室吸取的热量是多少？例2、一卡诺机在温度为27℃和127℃两个热源之间运转．1.2×103cal,??(),1.2×103cal,??0例3、某空调器按可逆卡诺循环运转,其中的作功装置连续工作时所提供的功率为P．0夏天室外温度恒为T1,,最后可将室温降至恒定的

．室外通过热传导在单位时间内2(T－T)(),比例系数A．试用T,P和A来表示T．1 2 1 0 2当室外温度为30℃时若这台空调器只有30,室温可维持在20℃,用此空调器仍可使室温维持在20℃?冬天20℃?三、热传递方式1、热传导1考虑长度为横截面积为S,两端截面处的温度为1

12,T,且T12

T,,2在tS所传递的热量为21QKT1

T2Stl其中,K为导热系数。2、热对流3、热辐射黑体：吸收所有的电磁辐射,无任何反射。与此同时,黑体自身也会向外辐射,单位面积的辐射功率为：JT4式中5.67108Wm

K

,称为斯忒藩常数。如果不是黑体,单位表面积的辐射功率J记为JT401,由物体性质决定。例4、如图所示,两根金属棒A、B尺寸相同,A的导热系数是B的两倍,用它们来导热,设高温端和低温端温度恒定,求将A、B并联使用与串联使用的能流之比．设棒侧面是绝热的．例5、已知地球和太阳的半径分别为R

＝6×106m、R1

＝7×108m,地球与太阳的距离d＝1．5×1011m．若地球2与太阳均可视为黑体,试估算太阳表面温度．、取一个不高的横截面积是3dm20.6kg,,2min1℃,若把太阳看成黑体,R7108m和d1.51011m,并考虑到阳光传