热力学第二定律应用.ppt

2020/8/1,第二章,2020/8/1, 2.1自发变化的共同特征,自发变化 无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。,自发变化的共同特征不可逆性 任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。例如：,(1) 焦耳热功当量中功自动转变成热；,(2) 气体向真空膨胀；,(3) 热量从高温物体传入低温物体；,(4)浓度不等的溶液混合均匀；,(5)锌片与硫酸铜的置换反应等，,它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，体系恢复原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。,2020/8/1, 2.2 热力学第二定律（The Second Law of Thermodynamics）,克劳修斯（Clausius）的说法：“不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化。”,开尔文（Kelvin）的说法：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其它的变化。” 后来被奥斯特瓦德(Ostward)表述为：“第二类永动机是不可能造成的”。,第二类永动机：从单一热源吸热使之完全变为功而不留下任何影响。,2020/8/1, 23卡诺循环与卡诺定理,卡诺循环,热机效率,冷冻系数,卡诺定理,2020/8/1,一. 卡诺循环（Carnot cycle）,1824 年，法国工程师N.L.S.Carnot (17961832)设计了一个循环，以理想气体为工作物质，从高温 热源吸收 的热量，一部分通过理想热机用来对外做功W，另一部分 的热量放给低温 热源。这种循环称为卡诺循环。,N.L.S.Carnot,2020/8/1,理想气体(物质的量为n)的卡诺循环在pV图上可以分为四步：,步骤1：等温 可逆膨胀由 到,所作功如AB曲线下的面积所示。,2020/8/1,2020/8/1,步骤2：绝热可逆膨胀由 到,所作功如BC曲线下的面积所示。,2020/8/1,2020/8/1,步骤3：等温(TC)可逆压缩由 到,环境对体系所作功如DC曲线下的面积所示,2020/8/1,2020/8/1,步骤4：绝热可逆压缩由 到,环境对体系所作的功如DA曲线下的面积所示。,2020/8/1,2020/8/1,整个循环过程：,是体系所吸的热，为正值，,是体系放出的热，为负值。,即ABCD曲线所围面积为 热机所作的功的负值。,2020/8/1,2020/8/1,步骤2：,步骤4：,相除得,根据绝热可逆过程方程式,2020/8/1,二.热机效率(efficiency of the engine ),任何热机从高温 热源吸热 ,一部分转化为功W,另一部分 传给低温 热源.将热机所作的功与所吸的热之比值称为热机效率,或称为热机转换系数，用 表示。,或,2020/8/1,从卡诺循环得到的结论,或：,即卡诺循环中，热效应与温度商值的加和等于零。,2020/8/1,三.冷冻系数,如果将卡诺机倒开,就变成了致冷机.这时环境对体系做功W,体系从低温 热源吸热 ,而放给高温 热源 的热量，将所吸的热与所作的功之比值称为冷冻系数，用 表示。,式中W表示环境对体系所作的功。,