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06-4 热力学第二定律.pptx

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本课件从自然过程的方向性出发,说明可逆过程与不可逆过程的区别,给出热力学第二定律的开尔文表述与克劳修斯表述及其等价性,讨论第二类永动机不可能制成,并引出卡诺定理与热力学第二定律的统计解释。

热力学第二定律封面页,标示本章讲解的自然过程的方向性与可逆、不可逆过程、开尔文表述、克劳修斯表述及二者等价、第二类永动机、卡诺定理与统计意义等内容。
可逆过程讲解页,说明设在某一过程中,系统从状态A变化到状态B。
气体自由膨胀过程的不可逆性F讲解页,说明本章相关概念的推导与结论。
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第1页:热力学第二定律

热力学第二定律

过程的唯一效果能否发生热功转换功热功热√×热传导高温热量低温高温热量低温√×气体扩散分离混合分离混合√×一些自然过程的方向:全部全部§6-4热力学第二定律

第2页:可逆过程

可逆过程

设在某一过程中,系统从状态A变化到状态B。

如果能使系统进行逆向变化,从状态B回复到初态A,而且在回复到初态A时,周围的一切也都恢复原状。

可逆过程
如:准静态、无摩擦的过程不可逆过程:如果系统不能回复到原状态A,或者虽能回复到初态A,但周围一切不能恢复原状

例:如:摩擦生热,热传导,气体自由膨胀“今天的你我怎能重复昨天的故事!”生命过程是不可逆的:出生童年少年青年中年——不可逆!

老年

第3页:气体自由膨胀过程的不可逆性F

气体自由膨胀过程的不可逆性F

第4页:热力学第二定律(续1)

热力学第二定律(续1)

自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的,所谓可逆过程只是一种理想过程。

  • •热力学第一定律指出,任何热力学过程遵循能量守恒

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。

  • •热力学第二定律指出,并非所有遵循能量守恒的过程都能实现

第5页:热力学第二定律(续2)

热力学第二定律(续2)

开尔文表述
第二类永动机不可能制成

A= 第二类永动机效率为1的热机不存在。

Q2不可能为0。

不可能制成一种循环动作的热机,只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。

6-4-2热力学第二定律

第6页:克劳修斯表述

克劳修斯表述

热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。

不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。

QT1(高)T2(低)

第7页:热力学第二定律(续3)

热力学第二定律(续3)

证明热力学第二定律两种表述的一致性:高温热源T1低温热源T2 = 2Q + Q2Q2Q2如果开尔文表述不成立,则克劳修斯表述也不成立

第8页:高温热源T1低温热源T2

高温热源T1低温热源T2

=Q1-Q2Q2Q1Q2Q2如果克劳修斯表述不成立,则开尔文表述也不成立。

W=Q1-Q2

第9页:热力学第二定律(续4)

热力学第二定律(续4)

热力学第二定律的实质在于指出,一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。

开尔文表述
从热功转化的角度说明热功转化的不可逆性克劳修斯表述:从热传递的角度说明热传递的不可逆性任何一种不可逆过程的表述,都可作为热力学第二定律的表述!

第10页:图上任意物质的一条等温证

图上任意物质的一条等温证

例:试证明在pV:用反证法,设等温线和绝热线能相交两次。

绝热线等温线QA=QpV则如图形,可构成一个单热库热机,从而违反热力学第二定律的开氏表述,故假设不成立。

线和一条绝热线不能相交两次

第11页:卡诺定理

卡诺定理

  • 1、在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切可逆机,不论用什么工作物质,效率相等
  • 2、在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切不可逆机的效率不可能高于可逆机的效率

卡诺机是可逆机

第12页:热机效率

热机效率

由此可得提高的途径
就过程而言,应当使实际的不可逆机尽量的接近可逆机就热源温度而言,应尽量提高两热源的温度差降低低温热源的温度不经济所以要提高热机效率应从提高高温热源的温度入手
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