大学物理(下)

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5.3.1热力学第二定律1.热力学第二定律的开尔文表述（1851年）不可能只从单一热源吸收热量，使之完全转化为功而不引起其它变化。不可能制成一种循环热机，它只从一个热源吸取热量,使之完全转变为有用功（第二类永动机不可能制成）。说明(1)吸收的热量可以转化为功（热机）。(2)吸收的热量可以完全转化为功（等温膨胀）。T5.3热力学第二定律\n(3)热力学第二定律开尔文表述的另一叙述形式:第二类永动机不可能制成。热功转化具有方向性。(4)热力学第二定律的开尔文表述实际上表明了2.热力学第二定律的克劳修斯表述（1850年）不可能把热量从低温传向高温物体而不引起其它变化。热量不能自动地从低温物体传向高温物体。说明(1)热量可以从低温物体传向高温物体(致冷机)。(2)热力学第二定律开尔文表述的另一叙述形式:第二类永动机不可能制成。热功转化具有方向性。\n（不引起其它变化≌自动）(3)理想致冷机不可能制成。被制冷高温热源理想致冷机(4)热力学第二定律的克劳修斯表述实际上表明了热机、致冷机的能流图示方法热机的能流图致冷机的能流图高温热源低温热源高温热源低温热源\n热力学第二定律的两种表述等价假设开尔文表述不成立克劳修斯表述不成立高温热源低温热源(1)假设开尔文表述不成立证明（用反证法）(2)假设克劳修斯表述不成立开尔文表述不成立类似证明克劳修斯表述不成立\n用热力学第二定律证明：在pV图上任意两条绝热线不可能相交。反证法例证abc绝热线等温线设两绝热线相交于c点，在两绝热线上寻找温度相同的两点a、b。在ab间作一条等温线，abca构成一循环过程。在此循环过程中VpO这就构成了从单一热源吸收热量的热机。这是违背热力学第二定律的开尔文表述的。因此任意两条绝热线不可能相交。\n5.3.2可逆与不可逆过程若系统经历了一个过程，而过程的每一步都可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任何变化，那么这个过程就称为可逆过程。概念如对于某一过程，用任何方法都不能使系统和外界恢复到原来状态，该过程就是不可逆过程。可逆过程不可逆过程1.不可逆过程的实例弹簧振子（无摩擦）xm可逆（有摩擦）不可逆\n（真空）（有气体）单摆（真空）（有气体）可逆不可逆功热转换：功向热转化可自动进行热传导:热量从高温传到低温物体可自动进行自由膨胀：一切与热现象有关的过程都是不可逆过程。\n不平衡和耗散等因素的存在，是导致过程不可逆的原因。2.过程不可逆的因素无摩擦的准静态过程是可逆过程（是理想过程）自然界的一切自发过程都是单方向的不可逆过程热力学第二定律的本质（热力学第二定律的其它表述）\n5.3.3卡诺定理高温热源低温热源1.在温度分别为T1与T2的两个给定热源之间工作的一切可逆热机，其效率相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即2.在相同的高、低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率，即减少热机循环的不可逆性，（减少摩擦、漏气、散热耗散因素）要增大热源的温差是任何热机效率的最高极限\n地球上的人要在月球上居住，首要问题就是保持他们的起居室处于一个舒适的温度，现考虑用卡诺循环机来作温度调节，设月球白昼温度为100℃，而夜间温度为100℃，起居室温度要保持在20℃，通过起居室墙壁导热的速率为每度温差0.5kW，白昼和夜间给卡诺机所供的功率。解例求在白昼欲保持室内温度低，卡诺机工作于致冷机状态，从室内吸取热量Q2，放入室外热量Q1则每秒钟从室内取走的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即\n在黑夜欲保持室内温度高，卡诺机工作于致冷机状态，从室外吸取热量Q1，放入室内热量Q2每秒钟放入室内的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即解得此种用可逆循环即是所谓的冷暖双制空调的原理。