第三章 热力学第二定律-kjVIP免费

第三章热力学第二定律§3.1自发过程自然界发生的过程都是有方向性的，如：i）热量从高温向低温流动；ii）物质从浓度高的地方向浓度低的地方扩散；iii）电流从电位高的地方向电位低的地方流动等。1、自发过程的含义这些过程都是可以自动进行的，叫做“自发过程”在一定条件下能自动进行的过程。2、决定自发过程的方向和限度的因素什么因素决定了自发过程的方向和限度呢？从表面上看，各种不同的过程有着不同的决定因素，例如：i）决定热量流动方向的因素是温度T；ii）决定电流方向的是电位V；找出一个决定一切自发过程的方向和限度的共同因素，是热力学第二定律所要解决的中心问题。例1：理想气体向真空膨胀是一个自发过程，在理想气体向真空膨胀时（焦尔实验）W=0，T=0，U=0，Q=0现在让膨胀后的气体回复原状：设想经过恒温可逆压缩过程可达到这一目的。3、自发过程的特点自发过程是不是可逆过程？压缩过程中:环境对体系做功W，U=0(？)因此体系向环境放热Q，且|Q|=|W|•即：当体系回复到原状时，环境失去了功W，但得到了热Q（Ｗ和Ｑ的数值上相等）。如果要环境也能回复原状（即理想气体理想气体向真空膨胀成为可逆过程），就取决于环境得到的热能否全部变为功而没有任何其他变化。n、T1、P1、V1n、T1、P2、V2真空膨胀恒温可逆压缩例2：热量由高温流向低温热库的热容量假设为无限大（即有热量流动时不影响热库的温度）。一定时间后，有Q2的热量经导热棒由高温热库T2流向低温热库T1，这是一个自发过程。•欲使这Q2的热量重新由低温热库T1取出返流到高温热库T2（即让自发过程回复原状），可以设想这样一个过程：•通过对一机器（如制冷机、冰箱）作功W（电功）。•此机器就可以从热库T1取出Q2的热量，并有Q的热量送到热库T2，根据热力学第一定律（能量守恒）：Q=Q2+W这时低温热库回复了原状；如果再从高温热库取出(QQ2)=W的热量，则两个热源均回复原状。但此时环境损耗了W的功(电功)，而得到了等量的(QQ2)=W的热量。因此，环境最终能否回复原状(即热由高温向低温流动能否成为一可逆过程），取决于(环境得到的)热能否全部变为功而没有任何其他变化。所有的自发过程能否成为可逆过程，可归结：“热能否全部转变为功而没有任何其他变化”经验告诉我们：热功转化是有方向性的，即““功可自发地全部变为热；但热不可能全部转功可自发地全部变为热；但热不可能全部转变为功而不引起任何其他变化”变为功而不引起任何其他变化”。。结论：“一切自发过程都是不可逆过程”“一切自发过程都是不可逆过程”这就是自发过程的共同特点。暗示暗示：不可逆过程就是可能发生过程：不可逆过程就是可能发生过程§3.2热力学第二定律的经典表述（1）克劳修斯和开尔文对热力学第二定律的经典表述A.A.克劳修斯克劳修斯((Clausius)Clausius)表述：表述：不可能把热从低温物体传到高温物体，不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起任何其他变化。而不引起任何其他变化。B.开尔文(Kelvin)表述不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他变化。也可表达为：第二类永动机是不可能造成的第二类永动机:机器能循环不断地工作，它仅仅从单一热源吸取热量变为功，而没有任何其他变化。第二类永动机并不违反热力学第一定律，但违反了热力学第二定律。自发过程与可逆过程的关系功与热的转化方向热力学第二定律第三章之树热机:在循环工作时，从高温热库吸收热量，其中部分热转化为功，其余部分流入低温热源（通常是大气）。热机高温热库低温热库§3.3热机和热机效率热机效率（）定义:热机在一次循环后，所作的总功与所吸收的热量Q2的比值为热机效率。即：=W/Q2热机高温热库当热机被改进得十分完美，即成为一个理想热机时，从高温热库吸收的热量能不能全部变为功呢？如果不能，则在一定条件下，最多可以有多少热变为功呢？1824年，法国工程师卡诺(Carnot)证明：理想热机在两个热源之间通过一个特殊的可逆循环过程（由两个恒温可逆和两个绝热可逆过程组成的）工作时，热转化为功的效率最高。这种循环被称之为可逆卡诺循环，而这种热机也就叫做卡诺热机。...