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1、热力学第二定律和热力学第二定律和不可逆过程不可逆过程 卡诺定卡诺定理理一、自然过程的方向性一、自然过程的方向性一、自然过程的方向性一、自然过程的方向性 设在某一过程设在某一过程 P 中，系统从状态中，系统从状态 A 变化到状态变化到状态B。如果能使系统进行逆向变化，从状态如果能使系统进行逆向变化，从状态 B 回复到初状态回复到初状态 A，而且在回复到初态，而且在回复到初态 A 时，周围的一切也都时，周围的一切也都各自恢各自恢复原状复原状，过程，过程P就称为就称为可逆过程可逆过程。可逆过程是一个理想过程，在可逆过程是一个理想过程，在 p-V 图上能够表示图上能够表示出来的过程，可以用可逆过程的概
2、念讨论。出来的过程，可以用可逆过程的概念讨论。热力学第二定律和不可逆过程热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理卡诺定理 例例例例:一定量理想气体经历了某一循环过程，其中一定量理想气体经历了某一循环过程，其中AB和和CD是等压过程，是等压过程，BC和和DA是绝热过程。已知是绝热过程。已知B点和点和C点的状态温度分别为点的状态温度分别为TB和和TC，求此循环效率。，求此循环效率。解：解：CDABp1p2pVO 例例例例:计算奥托机的循环效率。计算奥托机的循环效率。c d,eb为等容过程；为等容过程；bc，de为绝热过程。为绝热过程。解：解：吸热吸热放热放热V0VpVacdebOV0VpVacdebO
3、制冷过程：制冷过程：外界作功外界作功W，系，系统吸热统吸热Q吸吸，放热，放热Q放放。制冷系数：制冷系数：AA制冷系数制冷系数卡诺制冷机：卡诺制冷机：卡诺制冷系数：卡诺制冷系数：例例例例:3.2 10-2 kg氧气作氧气作ABCD循环过程。循环过程。AB和和C D都为等温过程，设都为等温过程，设T1=300K，T2=200K，V2=2V1。求循求循环效率。环效率。解：解：吸热吸热放热放热DABCT1=300KT2=200KV2V1VpO吸热吸热放热放热 如果系统不能回复到原状态如果系统不能回复到原状态A，或者或者虽能回复到初虽能回复到初态态A，但周围一切不能恢复原状，那么过程，但周围一切不能恢复
4、原状，那么过程P称为称为不可不可逆过程逆过程。可逆机：可逆机：能产生可逆循环过程的机器。能产生可逆循环过程的机器。不可逆机不可逆机：不能产生可逆循环过程的机器。不能产生可逆循环过程的机器。一个系统在没有外界的作用下，自发进行的过程叫一个系统在没有外界的作用下，自发进行的过程叫自发过程，自然界的一切自发过程都是不可逆过程。自发过程，自然界的一切自发过程都是不可逆过程。气体自由膨胀过程的不可逆性气体自由膨胀过程的不可逆性F开尔文表述：开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量使之完全不可能从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响。变为有用的功而不产生其他影响。第二类永动机不可能制成。第二类
5、永动机不可能制成。克劳修斯表述：克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物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。体而不引起其他变化。热量不可能自动地从低温物体传到高温物体去。热量不可能自动地从低温物体传到高温物体去。热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述证明热力学第二定律两种表述的等效性：证明热力学第二定律两种表述的等效性：高高 温温 热热 源源 T1低低 温温 热热 源源 T2ABQQ=WWQ2Q+Q2Q2Q2如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立。如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立。高高 温温 热热
6、 源源 T1低低 温温 热热 源源 T2ABWQ2Q1=QQQQ-Q2W如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立。如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立。热力学第二定律的实质在于指出，一热力学第二定律的实质在于指出，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。可逆过程。只有无摩擦力等耗散力作功的准静态过程才是可逆过程。1.在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的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。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。一切不可逆机的效率不可能高于可逆机的效率。卡诺定理卡诺定理卡诺定理卡诺定理提高热机效率的途径：提高热机效率的途径：尽量提高两热源的温差；尽量提高两热源的温差；尽量减少不可逆因素。尽量减少不可逆因素。