第九章 热力学基本定律.pptVIP

三 卡诺循环 （Carnot cycle） 1.卡诺循环： 卡诺（Carnot ，法国人，1796 ? 1832） 工质只和两个恒温热源交换热量 无摩擦循环。 的准静态、 2 为等温膨胀吸热过程， 吸收的热量 4 为等温压缩放热过程， 放出的热量 2 3与 4 1为绝热过程 2 等温膨胀吸收的热量 4 等温压缩放出的热量 讨论 （1）T1 =T2 , h = 0 可见完成一个热机循环， 必须有两个(高、低温)恒温热源。 (2) 增大温差可提高h ，一般做法是提高 T1. （3）h 1 2. 逆向卡诺循环： 致冷系数： 例 一卡诺热机（可逆的），当高温热源的温度为127℃，低温热 源的温度为27℃时，其每次循环对外作净功8000J 。今维持低温热 源的温度不变，提高高温热源温度，使其每次循环对外作净功 10000J。若两个卡诺循环都工作在两条绝热线之间，试求： （1）第二个循环热机的效率；（2）第二个循环的高温热源温度。 提高高温热源温度为 后， 解: V p T1 T2 （1） 由于两循环工作在相同的绝热线之间 T2 V p T1 在第二个循环中 （2）在第二个循环中 第 9 章 §9.3 热力学第二定律 热力学第一定律明确指出： 一切热力学过程都遵循能量转换及守恒定律。 高温物体 热量Q能自发传给 低温物体 热量Q不能自发传给 功 能自发而完全转变为 不能自发而完全转变为 热 气体体积V1 气体体积V2 能自由膨胀到 不能自发收缩到 气体A和B 能自发混合成 混合气体AB 不能自发分离为 例如 对这类问题的解释需要一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即 热力学第二定律。 但在一定条件下，过程朝哪个方向进行，进行到什么限度为止， 却无法用热力学第一定律来判断。 9.3.1 热力学第二定律的两种表述： 1. 开尔文表述（Kelvin， 1851）： 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它影响。 其唯一效果是： 热量全部转变为功的过程是不可能的。 A = Q Q T 第二类永动机 热力学第二定律是关于自然过程方向的一条基本的、普遍的定律。 单一热源：温度均匀且恒定不变的热源 其它影响：吸热作功以外其他的任何影响 2.?克劳修斯表述（clausius，1850） ： 其唯一效果是： 热量不能自动地从低温物体传向高温物体 Q T1（高） T2（低） 不可能把热量从低温物体传到 高温物体而不引起其它变化。 A T1 T2 Q1-Q2 3. 两种表述的等效性 假设克劳修斯表述不成立， 则开尔文表述也不成立。 高温热源T1 低温热源T2 Q2 Q1 A=Q1－Q2 Q2 (2) 热力学第二定律可有多种表述，如 气体自动收缩是不可能的。 混合气体自动分离是不可能的。 讨论 两种表述指出功热转换过程和热传导过程具有方向性。 功热转换与热传导过程表面上彼此无关，但又确实等效， 说明它们有一共同特征——过程的不可逆性。 9.3.2 可逆过程与不可逆过程 一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态。 如果存在另一过程, 它不仅使系统逆向进行（逐一完全复原），使 系统回到原状态，还使外界完全复原（完全消除原过程对外的影响）。 则原来的过程称为可逆过程； 反之，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原， 则原来的过程称为不可逆过程。 2.无摩擦的准静态过程是可逆过程。 1. 功变热的过程是不可逆过程 通过摩擦功可以全部为变热。 那么热能否全部变为功呢？ 等温膨胀过程虽然可以将热全部变为功，但气体膨胀了。 循环过程，由热力学第二定律的开尔文表述，热不能全部变为功。 以理想气体无摩擦的足够缓慢的等温膨胀过程为例 3.理想气体向真空的自由膨胀过程是不可逆过程。 真空 气体 气体膨胀，但不作功，A = 0 容器绝热, Q = 0 由热力学第一定律知：E2 = E1 T2 = T1 可逆过程是一种理想的极限，只能接近，绝不能真正 达到。因为，实际过程都是以有限的速度进行，且在其中包含摩擦、粘滞、电阻等耗散因素，必然是不可逆的。 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，