文档介绍：君不见黄河之水天上来,
奔流到海不复回。
君不见高堂明镜悲白发,
朝如青丝暮成雪。
李白《将进酒》
第六章: 热力学第二定律
热力学第一定律:一切热力学过程都应满足能量守恒。
但满足能量守恒的过程是否一定都能进行?
热力学第二定律:满足能量守恒的过程不一定都能进行!
过程的进行还有个方向性的问题。
§6-0 引言
1 热力学第一定律能够确定
反应前后能量的变化,却不
能描述在给定条件下该反
应是否能发生的问题.
2 热力学第二定律是独立于
热力学第一定律的一个基
本问题,任何违背第一定律
的过程,肯定是不能发生的,
但是不违背能量守恒的过
程并不一定都能发生.
3 自发过程:自然地朝着一定
方向变化的过程,是热力学的
不可逆过程.
4 用温度的测定----判断传热过程
的方向和限度;用压力的测定-----
判断气体流动的方向和限度.
简单过程用状态函数p、T作为
判据.
5 对于复杂过程采用什么状态函数来作为过程的方向性与限度的判据呢?
这就是热力学第二定律要解决的中心问题.
(Ⅰ)恒温可逆膨胀:吸热Q2作功,W(1→2);
(Ⅱ)绝热可逆膨胀:系统膨胀作功,Q=0;
(Ⅲ)恒温可逆压缩:放热Q1,系统得功, W(3→4);
(Ⅳ)绝热可逆压缩:系统受压得功,Q=0 .
p
V
Ⅰ
Ⅲ
卡诺循环示意图
Ⅱ
Ⅳ
Q1>0
Q2<0
高温热源T1
低温热源T2
Q1
Q2
W
热机
§6-1卡诺循环
循环过程:
根据绝热可逆方程,有:
即:
所以:
过程1:
过程2:
过程3:
过程4:
高温热源T1
低温热源T2
Q1
Q2
W
热机
2. 热机效率
热机效率的定义
即:
卡诺热机效率
即:
热机
通过工质从高温热源吸热
作功,然后向低温热源放热
复原,如此循环操作,不断将
热转化为功的机器.
说明
(1)卡诺热机是工作于T1和T2两
热源间的可逆机,高温T1热源的
热部分地转化为功,其余部分流
向低温T2热源.
(2) η只与T1和T2有关,与工质
无关.
(3)卡诺循环为可逆循环,环境对
热机作功,可使热从低温流向高
温.
(4)不论参与卡诺循环的工作
物质是什么,只要是可逆机,当
两个热源的温度相同时,热机
效率都相等,与工作物质的本
性无关.
高温热源T2
低温热源T1
Q2 ′
Q1′
W
热机
环境对体系做功-W,体系从低温热源T1吸热Q1`,放出Q2`的热量给高温热源T2。
例题
有两个可逆卡诺热机,在高温热源温度皆为500K,低温热源温度
:(1)两个热机的效率是否相等.(2)两个热机自高温热源
吸收的热量是否相等?向低温热源放出的热量是否相等?
§ 热力学第二定律
功热可以自动地进行
(如摩擦生热、焦耳实验)
热量可以自动地从高温物体传向低温物体,
但相反的过程却不能发生.
热功不可以自动地进行
(焦耳实验的逆过程)
例3. 气体自由膨胀的方向性
气体自动膨胀是可以进行的,但自动收缩
的过程是不可能的.
实际上,“一切与热现象有关的自然过程(不受外界
干预的过程,例如孤立系统内部的过程)都是不可
逆的,都存在一定的方向性----存在着时间箭头”.
又如,生命过程是不可逆的:
出生童年少年青年中年老年八宝山
“今天的你我
怎能重复
昨天的故事!”