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1、会计学1热力学第二定律的表述及实质热力学第二定律的表述及实质引言：凡遵从热一律引言：凡遵从热一律(即能量守恒即能量守恒)的过程是否都能实现？的过程是否都能实现？这是热二律要回答的问题。这是热二律要回答的问题。一热力学过程的一热力学过程的方向性方向性功功热热高温高温低温低温热传导的方向性热传导的方向性自动自动自自动动功热转换的方向性功热转换的方向性功功热热气体的绝热自由膨胀气体的绝热自由膨胀密度大密度大密度小密度小密度大密度大密度小密度小注意：方向性是指：存在一个注意：方向性是指：存在一个 自动自动 进行的方向。进行的方向。其反方向也能实现其反方向也能实现需要条件需要条件(外界帮助、对外产生影响
2、外界帮助、对外产生影响)。自动自动无条件无条件(勿须外界帮助、对外不产生影响勿须外界帮助、对外不产生影响)。自自动动自自动动自动自动第1页/共12页二二.可逆与不可逆过程可逆与不可逆过程定义定义：例例1.不计阻力的单摆运动不计阻力的单摆运动无耗散无耗散的机械运动是可逆过程。的机械运动是可逆过程。例例2.功、热的转换是不可逆过程功、热的转换是不可逆过程功变热可以百分之百。功变热可以百分之百。逆过程？逆过程？高温热源高温热源低温热源低温热源热机热机W热转变为功将对外产生影响：热转变为功将对外产生影响：在系统变化过程中，在系统变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态，如果逆过程能重复正过程的每一
3、状态，而且不引起其它变化，而且不引起其它变化，这样的过程叫做可逆过程；这样的过程叫做可逆过程；反之，反之，在不引起其它变化的条件下，在不引起其它变化的条件下，不能使逆过程重复正不能使逆过程重复正过程的每一状态，过程的每一状态，或者虽然重复但必然会一起其它变化，或者虽然重复但必然会一起其它变化，这样的过程都叫做不可逆过程。这样的过程都叫做不可逆过程。向低温热源传递热量。向低温热源传递热量。第2页/共12页例例4.气体的迅速膨胀气体的迅速膨胀不可逆不可逆p1p2，|W1|0 当活塞无摩擦地、非常缓慢地拉动时，内外作功的和为零。当活塞无摩擦地、非常缓慢地拉动时，内外作功的和为零。p1W1p2W2密度
4、小密度小密度大密度大例例3.气体在真空中的自由膨胀气体在真空中的自由膨胀不可逆不可逆密度大密度大密度小密度小要收缩到原状需外界作功。要收缩到原状需外界作功。W可视为可逆过程。可视为可逆过程。第3页/共12页结论：结论：1）一切自发过程都是不可逆过程。）一切自发过程都是不可逆过程。2）只有）只有无摩擦无摩擦的的准静态过程准静态过程才是可逆过程。才是可逆过程。VpAB在在AB的过程中：的过程中：内能变化：内能变化：对外作功：对外作功：吸收热量：吸收热量：在在B A的过程中：的过程中：正过程正过程+逆过程逆过程=0可逆过程是理想化的过程。可逆过程是理想化的过程。一切实际过程都是不可逆过程一切实际过程
5、都是不可逆过程。因为一切实际过程都有摩擦。因为一切实际过程都有摩擦。即对外影响全抵消即对外影响全抵消第4页/共12页三三.热力学第二定律热力学第二定律的两种表述的两种表述1.开尔文开尔文(Kelvin)表述表述问题的提出：提高问题的提出：提高 有无限制？有无限制？不可能不可能制造出这样一种循环工作的热机，制造出这样一种循环工作的热机，单一热源单一热源(T)热机热机同时满足！同时满足！1)“一个热源一个热源”是指温度均匀且恒定不变的热源；是指温度均匀且恒定不变的热源；2)“其他物体不产生任何变化其他物体不产生任何变化”是指除了是指除了“从单一热源吸从单一热源吸等温膨胀违背吗？等温膨胀违背吗？恒恒
6、温温体体W虽是从单一热源吸收热量全部对外作功，虽是从单一热源吸收热量全部对外作功，但体积膨胀了。但体积膨胀了。3)热二律指出了效率热二律指出了效率100%的热机制造不出来。的热机制造不出来。说明：说明：不违背热二律！不违背热二律！收热量以及对外作功收热量以及对外作功”以外以外的任何变化。的任何变化。它只从单一热源吸热来作功，而不放出热量给其它物体，它只从单一热源吸热来作功，而不放出热量给其它物体，或：不使外界发生任何变化。或：不使外界发生任何变化。第二类第二类永动机永动机第5页/共12页3)热二律指出热二律指出了了效率效率100%的热机制造不出来。的热机制造不出来。=100%如果能如果能从单一
7、热源吸收热量对外作功而不产生其它影响，从单一热源吸收热量对外作功而不产生其它影响，则：则：(第二类永动机第二类永动机)热二律说：这是不可能的。热二律说：这是不可能的。第二类永动机：第二类永动机：Kelvin 的另一种表述的另一种表述：第二类永动机是制造不出来的。：第二类永动机是制造不出来的。2.克劳修斯克劳修斯(Clausius)表述表述 热量不可能热量不可能自动自动地从低温物体传地从低温物体传高温热源（高温热源（T1）低温热源（低温热源（T2）一条定律两种表述一条定律两种表述？似乎彼此无关似乎彼此无关向高温物体而不引起其他变化。向高温物体而不引起其他变化。从单一热源吸收热量全部转化为有用功而
8、不从单一热源吸收热量全部转化为有用功而不产生其它影响的一种循环动作的机器。产生其它影响的一种循环动作的机器。第6页/共12页3.两种表述的等价性两种表述的等价性反证法反证法：违背违背Kelvin 表述表述,也违背也违背Clausius表述，表述，反过来：违背反过来：违背Clausius 表述表述,也违背也违背Kelvin表述。表述。高温热源高温热源(T1)低温热源低温热源(T2)热机热机 Q1W制冷制冷机机Q2Q1+Q2等效于等效于高温热源高温热源(T1)低温热源低温热源(T2)Q2违背违背Clausius 表述表述,也违背也违背Kelvin表述。表述。高温热源高温热源(T1)低温热源低温热源
9、(T2)Q2热机热机 Q1WQ2等效于等效于高温热源高温热源(T1)低温热源低温热源(T2)热机热机 Q1Q2W 两种表述对应两个的不可逆两种表述对应两个的不可逆(自发自发)过程：过程：开氏表述对应功热转换过程的不可逆；开氏表述对应功热转换过程的不可逆；克氏表述对应热传递过程的不可逆。克氏表述对应热传递过程的不可逆。由两种表述的等价由两种表述的等价性可知：由一种自发性可知：由一种自发过程的不可逆性可以过程的不可逆性可以导出另一种自发过程导出另一种自发过程的不可逆性。的不可逆性。可以证明各种自可以证明各种自发过程的不可逆性是发过程的不可逆性是相互关联的。相互关联的。热二律还可以有热二律还可以有多
10、种表述。多种表述。第7页/共12页四、热力学第二定律的实质四、热力学第二定律的实质第二定律与第一、零定律的比较第二定律与第一、零定律的比较热二律的实质：热二律的实质：在一切与热相联系的自然现象中，其自在一切与热相联系的自然现象中，其自发地实现的过程都是不可逆的。发地实现的过程都是不可逆的。一切非平衡态过程、一切自发的耗散过程、一切生命过程一切非平衡态过程、一切自发的耗散过程、一切生命过程均是不可逆的。均是不可逆的。4.可逆过程与不可逆过程的判断可逆过程与不可逆过程的判断利用两种表述判别可逆与不可逆（利用两种表述判别可逆与不可逆（P书书260）利用四种不可逆因素判别可逆与不可逆（利用四种不可逆因
11、素判别可逆与不可逆（P书书262）耗散不可逆因素耗散不可逆因素力学不可逆因素力学不可逆因素热学不可逆因素热学不可逆因素化学不可逆因素化学不可逆因素1.第二定律的实质第二定律的实质第8页/共12页3热力学第一、二定律间的关系热力学第一、二定律间的关系热一律说明热功转换的数量关系：热一律说明热功转换的数量关系：热力学过程必须遵守能量热力学过程必须遵守能量守恒定律。守恒定律。U=Q+W热二律说明热功转换的方向和条件：热二律说明热功转换的方向和条件：并非遵守能量守恒定律并非遵守能量守恒定律的热力学过程都能实现。并指出热功转换的限度的热力学过程都能实现。并指出热功转换的限度 100功功 热热无条件无条件
12、热功转换的方向性热功转换的方向性有条件有条件高温热源高温热源(T1)低温热源低温热源(T2)Q无条件无条件热传递的热传递的方向性方向性Q有条件有条件热力学过程在遵守热一律的同时还受方向性的限制。热力学过程在遵守热一律的同时还受方向性的限制。热力学第一、二定律是相辅相成的热力学第一、二定律是相辅相成的第9页/共12页第零定律第零定律(热平衡定律热平衡定律)：任意两个物体进行热接触最终温度相同：任意两个物体进行热接触最终温度相同.第二定律：从热量自发流向判别出物体温度的高低。与第零定律第二定律：从热量自发流向判别出物体温度的高低。与第零定律是相互独立的。是相互独立的。*任何不可逆过程的出现，总伴随
13、有任何不可逆过程的出现，总伴随有“可用能量可用能量”被贬值为被贬值为“不不可用能量可用能量”的现象发生。的现象发生。3 3热力学第二、零定律间的关系热力学第二、零定律间的关系 在能量利用的过程中，应特在能量利用的过程中，应特别注意消除各种引起别注意消除各种引起“自发的发生自发的发生”的不可逆因素，以增加可的不可逆因素，以增加可用能的比率，从而提高效率。用能的比率，从而提高效率。只能说明温度相同是达到热平衡的诸物体所具有的共同性质只能说明温度相同是达到热平衡的诸物体所具有的共同性质无法判别尚未到达热平衡的两个物体温度的高低。无法判别尚未到达热平衡的两个物体温度的高低。第10页/共12页1.有人设
14、计一台卡诺热机有人设计一台卡诺热机(可逆的可逆的)。每循环一次可从。每循环一次可从 400 K 的高温热的高温热源吸热源吸热1800 J，向，向 300 K 的低温热源放热的低温热源放热 800 J。同时对外作功。同时对外作功 1000 J，这样的设计是，这样的设计是 (A)可以的，符合热力学第一定律可以的，符合热力学第一定律(B)可以的，符合热力学第二定律可以的，符合热力学第二定律(C)不行的，卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量不行的，卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量(D)不行的，不行的，这个热机的效率超过理论值这个热机的效率超过理论值2根据热力学第二定律可知：根据热力
15、学第二定律可知：(A)功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功 (B)热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体体 (C)不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程 (D)一自发过程都是不可逆的一自发过程都是不可逆的3“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外 作功。作功。”对此说法，有如下几种评论，哪种是正确的？对此说法，有如下几种评论，哪种是正确的？(A)不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律 (B)不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律 (C)不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律 (D)违反热力学第一定律违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律也违反热力学第二定律第11页/共12页