热力学第二定律 一切涉及热现象的能量传递和转化的过程都具有方向性和可逆性。从前面的讨论中，我们仅仅知道热力学第一定律是不够的，我们不仅需要了解能量在传递和转化过程的量的问题，还需要知道有关能量在传递和转化过程的方向性和不可逆性的问题，这就需要我们进一步了解热力学第二定律。 克劳修斯说法：不可能把热从低温热源传到高温热源，而不产生其他变化。（电冰箱的例子） 开尔文说法：不能能从单一热源吸热并使之全部变为功，而不产生其他变化。（热机的例子） 一、 卡诺循环 热机：热机是通过工质的膨胀和压缩来进行循环操作的，它从高温热源ᵇᵼ吸热ᵁᵼ做功W ，将其余的热量放热ᵁᵽ(由此可知ᵁᵽ < ᵼ)低温热源ᵇᵽ，定义热机效率为 η = − WQ1= ᵄ1 + ᵄ2ᵄ1= 1 + ᵄ2ᵄ1 为了研究热机的效率，我们首先来分析一种特殊的热机，它是以理想气体按照4 个可逆过程，完成一组循环，从而对外界工作的热机，我们把这种循环过程称为卡诺循环，其循环具体可以分为4 个步骤（以1mol 理想气体为研究对象） 第一步：在温度为ᵄ1的条件下，等温可逆膨胀, 由ᵅ1ᵄ1 → ᵅ2ᵄ2 Wᵼ = −Rᵄ1ln ᵄ2ᵄ1= Rᵄ1ln ᵄ1ᵄ2 Q1 = − Wᵼ = Rᵄ1ln ᵄ2ᵄ1 气体对环境做功如曲线AB 与坐 标 轴 围 成的面积 ，同 时 系 统 从高温热源吸热ᵇᵼ吸热ᵁᵼ 第二步：绝 热可逆膨胀，由ᵅ2ᵄ2ᵄ1 → ᵅ3ᵄ3ᵄ2 Wᵼ = ΔU = ∫ ᵃᵄᵅᵄᵄ2ᵄ1 Q2 = 0 气体对环境做功如曲线BC 与坐 标 轴 围 成的面积 ，由于 绝 热过程，热交 换 Q=0 第三 步：在温度为ᵄ2的条件下，等温可逆压缩, 由ᵅ3ᵄ3 → ᵅ4ᵄ4 Wᵽ = −Rᵄ2ln ᵄ4ᵄ3= Rᵄ2ln ᵄ3ᵄ4 Q3 = − Wᵽ = Rᵄ2ln ᵄ4ᵄ3 环境对气体做功如曲线CD 与坐 标 轴 围 成的面积 ，同 时 系 统 给 低温热源ᵇᵽ放热Q3 第四步：绝热可逆压缩，由ᵅ4ᵄ4ᵄ2 → ᵅ1ᵄ1ᵄ1 Wᵼ = ΔU = ∫ ᵃᵄᵅᵄᵄ1ᵄ2 Q4 = 0 环境对气体做功如曲线AD 与坐标做围成面积，由于绝热，热交换Q=0 整个过程：曲线ABCD 围成红色部分面积，则是热机对环境所做的净功。 W = Wᵼ+Wᵽ + Wᵽ + Wᵽ = Rᵄ1ln ᵄ1ᵄ2+ ∫ ᵃᵄᵅᵄᵄ1ᵄ2+ Rᵄ2ln V3V4+ ∫ CVdTT2T1 = ᵄᵄ1ᵅᵅ ᵄ1ᵄ2+ ᵄᵄ2ᵅᵅ ᵄ3ᵄ4 Q = Q1 + Q2+Q3 + Q4 = ᵄᵄ1ᵅᵅ ᵄ2ᵄ1+ ᵄᵄ2ᵅᵅ ᵄ4ᵄ3 根据绝热可逆过程方程ᵄ1...
