文档介绍：热力学第二定律讲课提纲
自然过程的方向性问题
可逆与不可逆过程
热力学第二定律的表述
(宏观描述)
(微观描述)
熵函数的引入
熵增原理
热力学几率的引入
玻尔兹曼关系
热二定律的统计意义
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熵概念的泛化
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7-9 卡诺定理热力学温标
一. 卡诺定理
(1)在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的
一切可逆热机其效率都相等,而与工作物质无关。
(2)在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切热机中,不可逆热机的效率不可能大于可逆热机的效率。
讨论:
①这里的热源均指温度均匀的恒温热源;
②可逆热机必然是作卡诺循环的可逆卡诺机。
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.
对任意的一个热机工作循环过程,工作物质从高温热源(温度为T1)吸收热量为Q1,在低温热源(T2)放出热量Q2,整个复合系统包括高温热源、,,在一个循环过程中,高温热源、低温热源及工作物质的熵的变化分别为:
整个复合系统为一封闭的孤立系统,由熵增原理知,
(见教材P374~)
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于是有
由热力学第一定律
及热机中经过一个循环后的工作物质内能不变
知,在一个循环中热机对外作功为
于是
代入(3)式,有
解之得
所以热机的效率
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讨论:
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②由卡诺定理知
任意(arbitrary)可逆卡诺热机的效率都等
于以理想气体为工质的卡诺热机的效率
亦即有
T1、T2为理想气体温标定义的温度.
①卡诺定理可表达为
A代表任意,R代表可逆
“=”当A为可逆热机时,
“<”当A为不可逆热机时。
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③卡诺定理的意义
指出了提高热机效率的途径:使实际的不可逆机过程尽量地接近可逆机;尽量地提高两热源的温度差,实际热机中,提高热机的效率应当从提高高温热源的温度着手。
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卡诺定理表明,工作于相同的高温热源和相同的低温热源之间的一切可逆热机的效率都相等,、Θ2的两恒温热源,可逆卡诺热机的工质在处吸收热量为Q1,在处放出热量为Q2,则其效率为
我们可以这样选择温标,使得
由卡诺定理知,上式对任意工作物质都成立.,那么,据此来标定温度Θ1、Θ2的数值就与具体测温物质无关.
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选取水的三相点为固定点后,
热力学温标
Q为测温量。
与测温质及其属性无关,
与理想气体温标成正比。
开尔文建议引进新的温标T
令:T Θ
于是有
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当采用同一固定点时
T热= T理
在理想气体能够确定的温度范围内,热力学温标等于理想气体温标。
引入热力学温标后,卡诺循环的效率
其中T1、T2可看作热力学温标所确定的温度。
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如图所示为一种物质经历一微小的可逆卡诺循环,AB是温度为T的等温线,CD是温度为T-ΔT的等温线,,,这面积等于ABEF的面积(图中AFH和BEG都与V轴垂直).
因此
其中, 即图中AF段,它代表在体积不变的条件下压强的减少;
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