第五章 热力学第二定律及熵 1_1.pptVIP

热力学第二定律与熵 第五章 §5.1 热力学第二定律的表述及其实质 §5.1.1 热二律的两种表述及其等效性 一、第二定律的开尔文表述 ?热= 一个循环中热机从高温热源吸取的热量 一个循环中热机向低温热源放出的热量 热机在一个循环中对外所做功 即热机只从高温热源吸热而不向低温热源放热， 则热机效率为100% 但实际的热机总要向低温热源放热，因而实际热机效率100% 再例： 电炉、电烙铁等电场能量和热量之间的转化中，电场能可以自发地通过电场力做功转化为热，但其逆向过程不能自发完成。 可见，在自然界中存在一类不可逆过程，起源于热功转化的不可逆性，其表现为： 功 热 自发 自发 确切地讲： 机械能 内能 耗散机构，自发 自发 这说明：虽然功与热量在可逆过程中表现出共性，但二者在不可逆过程中又表现出了个性，存在区别： “做功”这种过程总是通过物体作宏观的整体位移来进行的； “传热”作为一种过程，总是通过组成系统的大量分子的无规则 热运动和相互之间的作用来进行的。 这说明：虽然功与热量在可逆过程中表现出共性，但二者在不可逆过程中又表现出了个性，存在区别： “做功”这种过程总是通过物体作宏观的整体位移来进行的； “传热”作为一种过程，总是通过组成系统的大量分子的无规则 热运动和相互之间的作用来进行的。 因此，热功之间的转换涉及到系统内分子无规则热运动的能量与物体作有规则的整体运动的能量之间的转换。 这种转换不仅在数量上要守恒，满足热一律，而且在转换方向上还要受限制： 是从有序到无序还是反过来从无序到有序？ 这是热二律要回答的问题。 1851年，开尔文通过实践经验提出了反映热功转换过程不可逆性的热力学第二定律的开尔文表述。 1. 热二律的开尔文表述： 不可能从单一的热源吸取热量，使之完全转变为有用功而不产生其它影响。 2. 说明： ⑴ “单一热源”指温度均匀且恒定不变的热源。 ⑵ 开尔文表述中“不产生其它影响”的条件必不可少。 若允许产生其他影响，则从单一热源吸热使之完全变有用功是可能的。 ⑶ “功”指广义功，不仅指机械功，也包括电磁功。 ⑷ 本质： 反映了热功转换过程的不可逆性。 ⑸ 开尔文表述的其他形式： 第二类永动机是不可能制成的。 能够从单一热源吸热并使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器。 能量守恒，不违反热一律 二、热二律的克劳修斯表述： 热量传递过程也是一种不可逆过程，具有方向选择性：热量总是从高温物体传递到低温物体，而相反的过程不可能自发进行。 1852年，克劳修斯在总结这种热量传递的不可逆性的基础上提出了热二律的克劳修斯表述： 不可能把热量从低温物体转移到高温物体而不产生其它影响。 1. 克劳修斯表述： 2. 说明： ⑴ 热二律的两种表述都提到了“其它影响”，解释： 开尔文表述 闭合循环过程： 非闭合过程： 工质的状态改变 克劳修斯表述： 必须消耗一定的机械能做功。 ⑵ 热一律说明自然界中能量的各形式间相互转化时，其值守恒； 热二律则告诉我们能量的转化与传递是有方向、条件和限度的。 三、两种表述的等效性： 用反证法来证明这两种表述的等价性。 1. 开尔文表述 ? 克劳修斯表述： 设热量Q可以自发地由低温热源传递到高温热源，则可以设计一个热机： 在一个循环中由高温物体吸取热量Q1=Q， 其中一部分转化为机械功W， 一个循环之后的总结果： 高温热源没有变化； 工质由单一的低温热源吸热 Q-Q2 ，使之完全转化为对外做功W。 从第二类永动机不能制成证明热量只能自发地由高温