熱力學(xué)第二定律與逆卡諾原理

1、熱力學(xué)第二定律 The second law of thermodynamics 不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化。 不可能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓＃ㄟ@是從能量消耗的角度說(shuō)的，它說(shuō)明第二類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的）。說(shuō)明 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 是熱力學(xué)的基本定律之一，是指熱永遠(yuǎn)都 只能由熱處轉(zhuǎn)到冷處（在自然狀態(tài)下）。它是關(guān)于在有限空間和時(shí) 間內(nèi)，一切和熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理、化學(xué)過(guò)程具有不可逆性 的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。上述 中的講法是克勞修斯（Clausius）在1850年提出的。的講法是開(kāi)爾文于1851年提出的。這些表述都是等效的。在的講法中，指出了在自然條件下

2、熱量只能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不能由低溫物體自動(dòng)向高溫物體轉(zhuǎn) 移，也就是說(shuō)在自然條件下，這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程是不可逆的。要使熱 傳遞方向倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，只有靠消耗功來(lái)實(shí)現(xiàn)。在的講法中指出，自然界中任何形式的能都會(huì)很容易地變成熱，而反過(guò)來(lái)熱卻不能在不產(chǎn)生其他影響的條件下完全變成其他形式的能，從而說(shuō) 明了這種轉(zhuǎn)變?cè)谧匀粭l件下也是不可逆的。 熱機(jī)能連續(xù)不斷地將 熱變?yōu)闄C(jī)械功，一定伴隨有熱量的損失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，第二定律闡明了過(guò)程進(jìn)行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能 性。.人們?cè)O(shè)想制造一種能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響的機(jī)器，

3、這種空想出來(lái)的熱機(jī)叫第二類永動(dòng)機(jī)。它并不違反熱力學(xué)第一定律，但卻違反熱力學(xué)第 二定律。有人曾計(jì)算過(guò)，地球表面有10億立方千米的海水，以海水作單一熱源，若把海水的溫度哪怕只降低0.25度，放出熱量，將能變成一千萬(wàn)億度的電能足夠全世界使用一千年。但只用海洋做為單一熱源的熱機(jī)是違反上述第二種講法的，因此要想 制造出熱效率為百分之百的熱機(jī)是絕對(duì)不可能的。從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)看，作功是大量分子的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)， 而熱運(yùn)動(dòng)則是 大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。顯然無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)要變?yōu)橛幸?guī)則運(yùn)動(dòng)的幾 率極小，而有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)變成無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的幾率大。一個(gè)不受外界影響的孤立系統(tǒng)，其內(nèi)部自發(fā)的過(guò)程總是由幾率小的狀態(tài)向 幾率大的狀態(tài)進(jìn)行

4、，從此可見(jiàn)熱是不可能自發(fā)地變成功的。熱力學(xué)第二定律只能適用于由很大數(shù)目分子所構(gòu)成的系統(tǒng)及有 限范圍內(nèi)的宏觀過(guò)程。而不適用于少量的微觀體系， 也不能把它 推廣到無(wú)限的宇宙。逆卡諾原理簡(jiǎn)介制冷原理：逆卡諾循環(huán) ，卡諾循環(huán)1824年，法國(guó)青年工程師 卡諾研究了一種理想熱機(jī)的效率,這種熱機(jī)的循環(huán)過(guò)程叫做“卡 諾循環(huán)”。這是一種特殊的，又是非常重要的循環(huán)，因?yàn)椴捎眠@種 循環(huán)的熱機(jī)效率最大。卡諾循環(huán)是由四個(gè)循環(huán)過(guò)程組成，兩個(gè)絕熱過(guò)程和兩個(gè)等溫過(guò)程。它是 1824年N.L.S.卡諾（見(jiàn)卡諾 父子）在對(duì)熱機(jī)的最大可能效率問(wèn)題作理論研究時(shí)提出的?？ㄖZ假設(shè)工質(zhì)只與兩個(gè)恒溫?zé)嵩唇粨Q熱量，沒(méi)有散熱、漏氣、摩擦等 損耗

5、。為使過(guò)程是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰釕?yīng)是無(wú)溫度 差的等溫膨脹過(guò)程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是等溫壓縮過(guò)程。因限制只與兩熱源交換熱量， 脫離熱源后只能是絕熱過(guò)程。 作卡 諾循環(huán)的熱機(jī)叫做卡諾熱機(jī)?？ㄖZ進(jìn)一步證明了下述卡諾定理：在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆 熱機(jī)的效率都相等，與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，為，其中 T1、T2分別是 高溫和低溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度。 在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏?熱源之間工作的一切不可逆熱機(jī)的效率不可能大于可逆卡諾熱 機(jī)的效率?？赡婧筒豢赡鏌釞C(jī)分別經(jīng)歷可逆和不可逆的循環(huán)過(guò) 程。 卡諾定理闡明了熱機(jī)效率的限制，指出了提高熱機(jī)效率 的方向（提高T1,降低T2,減少

6、散熱、漏氣、摩擦等不可逆損耗，使循環(huán)盡量接近卡諾循環(huán)），成為熱機(jī)研究的理論依據(jù)。熱機(jī)效率的限制、實(shí)際熱力學(xué)過(guò)程的不可逆性及其間聯(lián)系的研究， 導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律的建立。 在卡諾定理基礎(chǔ)上建立的與測(cè)溫物 質(zhì)及測(cè)溫屬性無(wú)關(guān)的絕對(duì)熱力學(xué)溫標(biāo)，使溫度測(cè)量建立在客觀的基礎(chǔ)之上。此外，應(yīng)用卡諾循環(huán)和卡諾定理，還可以研究表面張 力、飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系及可逆電池的電動(dòng)勢(shì)等。還應(yīng)強(qiáng)調(diào)，卡諾這種撇開(kāi)具體裝置和具體工作物質(zhì)的抽象而普遍的理論研 究，已經(jīng)貫穿在整個(gè)熱力學(xué)的研究之中。逆卡諾循環(huán)奠定了制冷理論的基礎(chǔ)，逆卡諾循環(huán)揭示了空調(diào)制冷系數(shù) （俗稱EER或 COP的極限。一切蒸發(fā)式制冷都不能突破逆卡諾循環(huán)。提高空調(diào)制冷系數(shù)在逆卡諾循環(huán)理論中間，要提高空調(diào)制冷系數(shù)就只有以下二招：1。提高壓機(jī)效率從上面推導(dǎo)可以發(fā)現(xiàn)小型空調(diào)理論上只存在效率提高空間19%大型螺桿水機(jī)效率提高空間 9%2。膨脹功損失與內(nèi)部摩擦損失（所謂內(nèi)部不可逆循環(huán)）：其中減少內(nèi)部摩擦損失幾乎沒(méi)有 空間與意義。在我們songrui版主的液壓馬達(dá)沒(méi)有問(wèn)世之前， 解 決膨脹功損失的唯一方法是采用比容大的制冷劑，