热力学第二定律

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,热力学第一定律,看温度,看体积,看过程,(,pV,图面积),与过程有关,9-4,循环过程 卡诺循环,一.循环过程及其特点:,系统经一系,列变化后又回到初态的过程,水泵,W,1,W,2,Q,1,锅炉,汽轮机,冷凝器,电力输出,Q,2,曲线所包围的面积。,正循环（顺时针）吸热，对外作功,-热机循环,逆,循环,（逆时针）,放热，对系统作功,制冷循环,循环过程在,p,-V,图上,有什么特点？,功的大小:,1.热机循环,目的：吸热对外作功,1,),pV,图,正,2,),热流图,高温热源,低温热源,3,),指标-效率,2.制冷循环,目的：通过外界作功 从低温热源吸热,1,),pV,图,逆,2,),热流图,高温,低温,3,),制冷系数,二 热机和制冷机,三 卡诺循环,卡诺循环：,只和,两个恒温热库,传递热量并对外作功的,准静态、无摩擦,循环。,B,C,D,A,等温,T,1,等温,T,2,绝热,绝热,V,A,V,D,V,C,V,B,P,V,高温热库,T,1,低温热库,T,2,卡诺循环,卡诺循环能流图,设系统是理想气体：,两个等温过程和两个绝热过程构成的,理想化循环。,B,C,D,A,等温,T,1,等温,T,2,绝热,绝热,V,A,V,D,V,C,V,B,P,V,理想气体工质,A,B,：,C,D,：,等温过程,绝热过程,B,C,：,D,A,：,（闭合条件）,卡诺循环的效率,卡诺循环的效率：,卡 诺,（法国人、,1796-1832）,B,C,D,A,等温,T,1,等温,T,2,绝热,绝热,V,A,V,D,V,C,V,B,P,V,逆卡诺循环,一般制冷机的制冷系数约:,2,7.,卡诺,制冷循环,|,W,|,|,Q,1,|,Q,2,T,1,T,2,热力学第二定律,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:,热力学第二定律,是关于,自然宏观过程进行的,方向的规律,一 自然过程的方向,例,1,功热转换的方向性,功,热,可以自然地进行,热,功,能否自然地进行,重物,自动,下落，功全部转化成热而不产生其他变化，可自然进行。,水冷却使叶片旋转，从而提升重物，则不可能自然进行。,水,叶片,重物,重物,绝热壁,焦耳热功当量实验,热不能自动转化为功；,或，唯一效果是热全部变成功的过程是不可能的。,9-5,热力学第二定律的表述,热机是把热转变成了功,但还有其它变化,(还有些热量从高温热源传给了低温热源),热机吸收热量对外做功,例,3,.气体自由膨胀的方向性,气体自由膨胀是可以,自动,进行的,但自动收缩,的过程谁也没有见到过。,例,2,热传导的方向性,热量可以,自动地,从高温物体传向低温物体,但相反的过程却不能发生。,制冷机,引入 可,逆过程与不可逆过程,如果逆过程能重复正过程的每一状态，而且不引起其他变化，这样的过程叫,可逆过程,否则是不可逆的,对,准静态过程,进一步理想化，要求,无摩擦,。,无摩擦+准静态,卡诺循环,经验和事实表明，自然界中真实存在的过程都,是按一定方向进行的，都是不可逆的。,(1)有摩擦损耗,(2)是非准静态过程,二 热力学第二定律的表述,1,.开尔文(,Kelvin,)表述:,不可能制造出这样一种热机，它只从单一热源吸取热量将其完全转变为有用的功而不产生其它的影响.,第二类永动机,违反了热力学第二定律,2,.克劳修斯(,Clausius,)表述:,不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起外界的变化。,开氏表述指明功变热的过程是不可逆的。,克氏表述指明热传导过程是不可逆的。,两种表述是等价的。,功热转换方向性消失,热传导方向性消失,低温,T,2,Q,高温热源,T,1,低温热源,T,2,Q=Q,1,+Q,2,Q,1,W,Q,2,Q,高温热源,T,1,低温热源,T,2,即一种过程的方向性存在(消失),则另一过程的方向性也存在(消失)。,热传导方向性消失,功热转换方向性消失,高温热源,T,1,低温热源,T,2,T,2,T,1,Q,2,Q,1,Q,2,W,热源,T,1,W,Q,1,Q,2,导致“热转化为功”,功热转换方向性消失,卡诺定理(P26:9-5-3),1、在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切可逆机，不论用什么工作物质，效率相等。,2、在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切不可逆机的效率不可能高于可逆机的效率。,例,1,、关于,可逆过程和不可逆过程的判断：,(1),可逆热力学过程一定是准静态过程。,(2),准静态过程,一定是可逆过程,。,(3)不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程。,(4)凡有摩擦的过程，一定是不可逆过程。,以上四种判断，其中正确的是,(1),、,(2),、,(3),(B),(1)、(2)、(4),(C)(2)、(4),(D)(1)、(4),例,2,、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。,以上四种叙述，其中正确的是,(2),、,(4),(B),(2)、(3)、(4),(C)(1)、(3)、(4),(D)(1)、(2)、(3)、(4),例,3,、一定量的理想气体，由状态,a,经,b,到达,c,(如图，,abc,为一直线)求此过程中,(1),气体对外作的功；,(2),气体内能的增量；,(3),气体吸收的热量,(1 atm1.01310,5,Pa),解：,(1),ac,下所围的面积,(2),(3),