熱力學第二定律 (4)課件

1、關于熱力學第二定律 (4)第一張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月問題能量守恒定律告訴我們：在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的滿足能量守恒的過程是否都能實現呢？第二張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月思考與討論：P57結論1. 熱量自發(fā)地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是不可逆的。結論2. 擴散現象進行是有方向的,過程是不可逆的。結論3. 功可以自動轉化為熱，但熱卻不能自動轉化為功。通過摩擦而使功轉變?yōu)闊岬倪^程是不可逆的。結論4. 氣體膨脹(絕熱自由膨脹)的過程是不可逆的。一.自然過程的方向結論：無數事實告訴我們：凡是實際的過程，只要涉及熱現象，如熱傳遞、氣體的膨脹、擴散、有摩擦的機

2、械運動都有特定方向。也就是說，一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。第三張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月克勞修斯表述指明熱傳導過程是不可逆的。（1）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體. 二.熱力學第二定律高溫低溫理解“自發(fā)：”：當兩個物體接觸時，不需要第三者介入、不會對任何第三者產生影響，熱量就能從一個物體傳遞到另外一個物體。低溫高溫自發(fā)自發(fā)第四張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 電冰箱的內部溫度比外部溫度低，為什么致冷系統還能不斷地把箱內熱量傳給外界的空氣？電冰箱工作時違反熱力學第二定律嗎？第五張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 因為電冰箱消耗了電能

3、，對制冷系統做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內部的熱量傳給外界的空氣了相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高 第六張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月熱傳導的方向性即：熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響。 熱傳導的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進行。要實現相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產生其它影響或引起其它變化。如果設想克勞修斯表述不成立，即在無任何外界做功的情況下，熱量就能從低溫熱源傳向高溫熱源。按此設想就可制成一種無功致冷機，它無需消耗功就能致冷。克勞修斯表述否定了這種可能性。第七張，PPT共

4、十四頁，創(chuàng)作于2022年6月熱機：是一種把內能轉化為機械能的裝置。(汽油機、柴油機、蒸汽輪機、噴氣發(fā)動機等）一階段：燃料燃燒產生熱量 Q1（高溫熱源）（燃料中化學能轉化為工作物質的內能）二階段：推動活塞對外做功 W（工作物質內能變成機械能）熱機能流圖燃料產生的熱量Q輸出機械功W漏氣熱損散熱熱損摩擦熱損工作原理和過程：機械能與內能轉化的方向性的進一步討論第八張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月效率：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 熱機的效率：高溫熱庫低溫熱庫Q1Q2對外做功熱機W熱機的效率小于100%，就不可能把從高溫熱源吸收的熱量全部轉化為機械能，總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器或大氣

5、中。熱機工作時的能流分配第九張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月例如，利用熱機循環(huán)，吸熱可對外作出功來但實際熱機的循環(huán)除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高溫熱源傳給低溫熱源，即產生了其它效果。 熱全部變?yōu)楣Φ倪^程也是有的，如，理想氣體等溫膨脹。但在這一過程中除了氣體從單一熱源吸熱完全變?yōu)楣ν?，還引起了其它變化，即過程結束時，氣體的體積增大了。 （2）開爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。二.熱力學第二定律的另一種表述 開爾文表述揭示機械能與內能轉化方向性機械能可以全部轉化為內能，而內能無法全部用來做功以轉換成機械能。第十張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年

6、6月定律的兩種表述熱力學第二定律的兩種表述克勞修斯表述： 不可能將熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化（即熱量不會自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體）。開爾文表述： 不可能從單一熱源吸取熱量并使它完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓?。第十一張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1.兩種表述是等價的 可以從一種表述導出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學第二定律2.對任何一類宏觀過程進行方向的說明，都可以作為熱力學第二定律的表述。例如：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。3.熱力學第二定律的意義 提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨立于熱力學第一定律的一個重要自然規(guī)律對熱力學第二定律的理解第十二張

7、，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第二類永動機1.第二類永動機：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引起其它變化叫做第二類永動機。2.第二類永動機不可能制成！表示機械能和內能的轉化過程具有方向性盡管機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能在不引起其他變化全部轉化成機械能3.第一類永動機和第二類永動機 它們都不可能制成，第一類永動機的設想違反了能量守恒定律；第二類永動機的設想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現象相聯系的宏觀自然過程具有方向性的規(guī)律（熱力學第二定律）。看一種熱機設計方案是否可行，不僅要看是否遵守能量守恒定律，還要看是否滿足熱力學第二定律。熱力學第二定律的另一種表述就是：第二類永動機不可能制成。第十三張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022