4.2.3熱力學(xué)第二定律

1、歲月無(wú)痕官方網(wǎng)站 歲刀無(wú)痕豐胸粘汕 豐胸產(chǎn)品排名 豐胸產(chǎn)品排行榜 成都?xì)qJ1無(wú)痕 成都?xì)q月無(wú)痕有限公司 www. "7pp. com. cn www. t xiong. com§2-3熱力學(xué)第二定律2. 31、卡諾循環(huán)物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng)歷一系列的變化過(guò)程乂冋到初始狀態(tài)，這樣的周而復(fù)始的變化過(guò) 程為循環(huán)過(guò)程，簡(jiǎn)稱循環(huán)。LP-V圖上，物質(zhì)系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程用一個(gè)閉介的曲線 表示。經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)，I口I到初始狀態(tài)時(shí)，內(nèi)能不變。利用物質(zhì)系統(tǒng)（稱為1】作物） 持續(xù)不斷地把熱轉(zhuǎn)換為功的裝置叫做熱機(jī)。在循環(huán)過(guò)程中，使工作物從膨脹作功 以后的狀態(tài)，再回到初始狀態(tài)，周而復(fù)始進(jìn)行下去，并且必而使作物在返回初

2、 始狀態(tài)的過(guò)程中，外界壓縮工作物所作的功少丁工作物在膨脹時(shí)對(duì)外所做的功， 這樣才能使T.作物對(duì)外做功。獲得低溫裝置的致冷機(jī)也是利用I作物的循環(huán)過(guò)程 來(lái)工作的，不過(guò)它的運(yùn)行方向與熱機(jī)中工作物的循環(huán)過(guò)程相反。卡諾循環(huán)是在兩個(gè)溫度恒定的熱源Z間匸作的循環(huán)過(guò)程。我們來(lái)討論由平衡 過(guò)程組成的卡諾循環(huán)，工作物與溫度為人的島溫?zé)嵩唇佑|是等溫膨脹過(guò)程。同樣, 與溫度為的低溫?zé)嵩唇佑|而放熱是等溫斥縮過(guò)程。因?yàn)樽魑镏慌c兩個(gè)熱源交 換能最，所以當(dāng)工作物脫離兩熱源時(shí)所進(jìn)行的過(guò)程，必然是絕熱的平衡過(guò)程。如 圖231所示，在理想氣體卡諾循環(huán)的P7圖上，曲線血和cd表示溫度為3和 乙的兩條等溫線，曲線be和勿是兩條絕熱線。

3、我們先討論以狀態(tài)a為始點(diǎn)，沿 閉合|11|線血eda所作的循環(huán)過(guò)程。在abc的膨脹過(guò)程中，氣體對(duì)外做功必是曲 線abc下而的而積，£ eda的壓縮過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功是曲線eda下而 的面積。氣體對(duì)外所做的凈功"=（必一吧）就是閉合曲線abeda所闌面積，氣VQ = nRTIn 丄體在等溫膨脹過(guò)程ab中，從高溫?zé)嵩次鼰? ,氣體在等溫壓縮過(guò)程Q、 riRT-ylnr_j加中，向低溫?zé)嵩捶艧嵋?。?yīng)用絕熱方程2和歲月無(wú)痕官方網(wǎng)站 歲刀無(wú)痕豐胸粘汕 豐胸產(chǎn)品排名 豐胸產(chǎn)品排行榜 成都?xì)q刀無(wú)痕 成都?xì)q月無(wú)痕有限公司 www. *7pp com. cn www. t xiong.

4、com所以Q* nRT'In = rRTIh-V, - Vx我們?cè)儆懻摾硐霘怏w以狀態(tài)a為始點(diǎn)，沿閉合Illi線adcba所分的循環(huán)過(guò)程。 顯然，氣體將從低溫?zé)嵩次釙濹, 乂接受外界對(duì)氣體所作的功W,向高溫 熱源傳熱Q=" + Q。由于循環(huán)從低溫?zé)嵩次鼰?，可?dǎo)致低熱源的溫度降得更 快，這就是致冷機(jī)可以致冷的原理。致冷機(jī)的功效常用從低溫?zé)嵩粗形鼰酫和 3旦=佳_所消耗的外功W的比值來(lái)量度，稱為致冷系數(shù)，即 w Q-Q ,對(duì)卡諾致冷機(jī)而言，兀-巧。有一卡諾致冷機(jī)，從溫度為10°C的冷藏室吸取熱帚，而向溫度為20°C的物 體放出熱量。設(shè)該致冷機(jī)所耗功率為15k

5、W,問(wèn)每分鐘從冷藏室吸取的熱量是多 少？7；263CD =令7二293斤，篤=263懇，則 T,-T230。每分鐘作功“ =15 x103 x60 = 9x105J ,所以每分鐘從冷藏室中吸熱歲月無(wú)痕官方網(wǎng)站 歲刀無(wú)痕豐胸粘 :汕 豐胸產(chǎn)品排名 豐胸產(chǎn)品排行榜 成都?xì)qJ1無(wú)痕 成都?xì)q月無(wú)痕有限公司 www. Tpp. com. cn www. t xiong. comQ2 =妙“ = 7.89x106丿 o2. 32、熱力學(xué)第二定律表述1:不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從一個(gè)熱源吸取熱最，使之全 部變?yōu)橛杏玫墓Γ渌矬w不發(fā)生任何變化。表述2：熱貴不可能動(dòng)地從低溫物體轉(zhuǎn)向高溫物體。在表述1

6、中，我們耍特別注意“循環(huán)動(dòng)作”兒個(gè)字，如果工作物進(jìn)行的不是循環(huán)過(guò)程，如氣體作等溫膨脹，那么氣體只使一個(gè)熱源冷卻作功而不放出熱量便是可能的。該敘述反映了熱功轉(zhuǎn)換的一種特殊規(guī)律，并且表述1與表述2具有等 價(jià)性。我們用反證法來(lái)證明兩者的等價(jià)性。假設(shè)表述1不成立，亦即允許有一循 環(huán)町以從高溫?zé)嵩慈〉脽嶙頠,并金部 轉(zhuǎn)化為功W。這樣我們?cè)倮靡粋€(gè)逆卡諾循 環(huán)口接受E所作功W(=2i),使它從低溫?zé)?源3取得熱暈Q,輸出熱量Q+Q給島溫 熱源?，F(xiàn)在把這兩個(gè)循環(huán)總的看成一部復(fù)合致冷機(jī)，其總的結(jié)果是，外界沒有對(duì) 他做功而它卻把熱暈Q從低溫?zé)嵩磦鹘o了高溫?zé)嵩?。這就說(shuō)明，如果表述1不 成立，則表述2也不成立。反之

7、，也可以證明如果表述2不成立，則表述1也必 然不成立。試證明在P-V圖上兩條絕熱線不能相交。假定兩條絕熱線I與II在P-V圖上相交于一點(diǎn)A,如圖2-3-2所示?，F(xiàn)在， 在圖上再畫一等溫線III,使它與兩條絕熱線組成一個(gè)循環(huán)。這個(gè)循環(huán)只有一個(gè)單 熱源，它把吸收的熱最全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，即H=l,并使周I韋I沒有變化。顯然，這是更多資料 www. 7pp. com. cn 威海律師事務(wù)所 http：/www. fazhi. net. cn歲月無(wú)痕官方網(wǎng)站 歲刀無(wú)痕豐胸粘 :汕 豐胸產(chǎn)品排名 豐胸產(chǎn)品排行榜 成 都?xì)qJ1無(wú)痕 成都?xì)q月無(wú)痕有限公司 www. "7pp. gm. cn www. t

8、 xiong. com 違反熱力學(xué)第二定律的，因此兩條絕熱線不能相交。2. 3. 3、卡諾定理設(shè)有一過(guò)程，使物體從狀態(tài)A變到狀態(tài)B。對(duì)它來(lái)說(shuō)，如果存在另一過(guò)程, 它不僅使物體進(jìn)行反向變化，從狀態(tài)B回復(fù)到狀態(tài)A,而且當(dāng)物體回復(fù)到狀態(tài)A 時(shí)，周用一切也都各H回復(fù)到原狀，則從狀態(tài)A進(jìn)行到狀態(tài)B的過(guò)程是個(gè)可逆 過(guò)程。反之，如對(duì)丁某一過(guò)程，不論經(jīng)過(guò)怎樣復(fù)雜曲折的方法都不能使物體和外 界恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)而不引起其他變化，則此過(guò)程就是不可逆過(guò)程。氣體迅速膨脹是不可逆過(guò)程。氣缸中氣體迅速膨脹時(shí)，活塞附近氣體的壓強(qiáng) 小氣體內(nèi)部的用強(qiáng)。設(shè)氣體內(nèi)部的爪強(qiáng)為P,氣體迅速膨脹一微小體積47, 則氣體所作的功W,小TpAV

9、.然后，將氣體壓回原來(lái)體積，活塞附近氣體的 斥強(qiáng)不能小于氣體內(nèi)部的斥強(qiáng)，外界所作的功佗不能小于pAV. M此，迅速膨 脹后，我們雖然可以將氣體圧縮，使它回到原來(lái)狀態(tài)，但外界多作功必一： 功將增加氣體的內(nèi)能，而后以熱量形式釋放。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，我們不能通 過(guò)循環(huán)過(guò)程再將這部分熱最全部變?yōu)楣?；所以氣體迅速膨脹的過(guò)程是不可逆過(guò) 程。只有當(dāng)氣體膨脹非常緩慢，活塞附近的床強(qiáng)非常接近丁氣體內(nèi)部的床強(qiáng)p 時(shí)，氣體膨脹一微小體積47所作的功恰好等于p4兀那么我們才能非常緩慢 地對(duì)氣體作功p4久將氣體壓回原來(lái)體積。所以，只有非常緩慢的亦即平衡的 膨脹過(guò)程，才是可逆的膨脹過(guò)程。同理，只有非常緩慢的亦即平衡的壓

10、縮過(guò)程， 才是可逆的壓縮過(guò)程。在熱力學(xué)中，過(guò)程的可逆與否和系統(tǒng)所經(jīng)歷的中間狀態(tài)是 否平衡密切相關(guān)。實(shí)際的一切過(guò)程都是不可逆過(guò)程。卡諾循環(huán)中每個(gè)過(guò)程都是平衡過(guò)程，所以卡諾循環(huán)是理想的可逆循環(huán)卡諾泄 理指出：任同樣高溫（溫度為八）和低溫（溫度為勺之間工作的一切可逆機(jī)，不 更多資料 www. 7pp. com. cn 威海律師事務(wù)所 http:/www. fazhi. net. cn 歲月無(wú)痕官方網(wǎng)站 歲刀無(wú)痕豐胸粘汕 豐胸產(chǎn)品排名 豐胸產(chǎn)品排行榜 成 都?xì)qJ1無(wú)痕 成都?xì)q月無(wú)痕有限公司 www. "7pp. gm. cn www. t xiong. com q-半)論用什么作物，效率都等

11、于o (2)在同樣高低溫度熱源之間T作的一切不可逆機(jī)的效率，不可能高于可逆機(jī)，即1丄HW T1 O下面我們給予證明。設(shè)高溫?zé)嵩寸辏蜏責(zé)嵩匆豢ㄖZ理想可逆機(jī)E與另一可逆機(jī)在此 兩熱源Z間工作，設(shè)法調(diào)節(jié)使兩熱機(jī)可作相等的功W。現(xiàn)使兩機(jī)結(jié)合，由可逆機(jī)F從高溫?zé)嵩次鼰酫向低溫?zé)嵩捶艧酫 =Q -"，其效率 Si o可逆機(jī) 了所作功w恰好提供給卡諾機(jī)E,而使e逆向進(jìn)行，從低溫?zé)嵩次鼰醎w_Q廠Qi，向高溫?zé)嵩捶艧酫,其效率為Q。我們用反證法，先設(shè)">9r。由此得Q <61,即Q vQ。當(dāng)兩機(jī)一起運(yùn)行時(shí)，視他們?yōu)橐徊繌?fù)合機(jī)，r9結(jié)果成為外界沒有對(duì)這復(fù)介機(jī)作功，而復(fù)合機(jī)卻能將

12、熱最qq =a-a從低 溫?zé)嵩此椭粮邷責(zé)嵩?，違反了熱力學(xué)第二定律，所以n>n不可能。反之，使卡 諾機(jī)eiF向運(yùn)行，而使可逆機(jī)F逆行運(yùn)行，則乂可證明n >n為不可能，即只 有n=ri才成立，也就是說(shuō)在和同的A和Z兩溫度的高低溫?zé)嵩撮g工作的一切可1呂逆機(jī)，其效率均為A O如果用一臺(tái)不可逆機(jī)E”來(lái)代替上而所說(shuō)的初。按同樣方法可以證明nw>n 為不可能，即只有由丁仏"是不可逆機(jī)，因此無(wú)法證明所以結(jié) 論是即在相同3和3的兩溫度的高低溫?zé)嵩撮g工作的不可逆機(jī)，它的 效率不可能大丁可逆機(jī)的效率。2. 3. 4、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義更多資料 www. 7pp. com. cn 威

13、海律師事務(wù)所 http:/www. fazhi. net. cn歲刀無(wú)痕官方網(wǎng)站 歲刀無(wú)痕豐胸粘汕 豐胸產(chǎn)品排名 豐胸產(chǎn)品排行榜 成都?xì)qJ1無(wú)痕 成都?xì)q月無(wú)痕有限公司 www. "7pp. gm. cn www. t xiong. com對(duì)J：熱最傳遞，我們知道，高溫物體分子的平均動(dòng)能比低溫物體分子的平均 動(dòng)能耍大，兩物體相接觸時(shí)，能最從高溫物體傳到低溫物體的概率顯然比反向傳 遞的概率大得多。對(duì)J：熱功轉(zhuǎn)換，功轉(zhuǎn)化為熱是在外力作用下宏觀物體的有規(guī)則 定向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訜o(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，這種轉(zhuǎn)換的概率大，反之，熱轉(zhuǎn)化為功 則是分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楹暧^物體的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，這種轉(zhuǎn)化的

14、概率 小。所以，熱力學(xué)第二定律在本質(zhì)上是一條統(tǒng)計(jì)性的規(guī)律。一般說(shuō)來(lái)，一個(gè)不受 外界影響的封閉系統(tǒng)，其內(nèi)部發(fā)生的過(guò)程，總是由概率小的狀態(tài)向概率大的狀態(tài) 進(jìn)行，由包禽微觀狀態(tài)數(shù)目少的宏觀狀態(tài)向包含微觀狀態(tài)數(shù)目多的宏觀狀態(tài)進(jìn) 行，這是熱力學(xué)第二定律統(tǒng)計(jì)意義之所在。例1、某空調(diào)器按可逆卡諾循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中的作功裝置連續(xù)工作時(shí)所提供的 功率農(nóng)。（1）夏天室外溫度恒為丁】，啟動(dòng)空調(diào)器連續(xù)工作，最后可將室溫降至恒 定的3。室外通過(guò)熱傳導(dǎo)任單位時(shí)間內(nèi)向室內(nèi)傳輸?shù)臒嶙钫榷。ㄈ艘簧准D冷 切定律），比例系數(shù)A。試用，必和A來(lái)表示巧（2）當(dāng)室外溫度為30°C時(shí)，若 這臺(tái)空調(diào)只有30%的時(shí)間處丁工作狀態(tài)，室

15、溫可維持在20°Co試問(wèn)室外溫度最 髙為多少時(shí)，用此空調(diào)器仍可使室溫維持在20°C。（3）冬天，可將空調(diào)器吸熱、 放熱反向。試問(wèn)室外溫度最低為多少時(shí)，用此空調(diào)器可使室溫維持在20°C。分析：夏天，空調(diào)機(jī)為制冷機(jī)，作逆向卡諾循環(huán)，從室內(nèi)吸熱，向室外放熱, 對(duì)匸作物質(zhì)作功。為保持室溫恒定，空調(diào)器從室內(nèi)吸熱等丁室外向室內(nèi)通過(guò)熱傳 導(dǎo)傳輸?shù)臒崃俊６靹偤孟喾?，空調(diào)器為熱機(jī)，作順向卡諾循環(huán)，從室外吸熱， 向室內(nèi)放熱。為保持室溫恒定，空調(diào)器向室內(nèi)的放熱應(yīng)等丁室內(nèi)向室外通過(guò)熱傳 導(dǎo)傳輸?shù)臒釙?。解：?）夏天，空調(diào)器為制冷機(jī)，單位時(shí)間從室內(nèi)吸熱Q,向室外放熱Q, 更多資料 www

16、. 7pp. com. cn 威海律師事務(wù)所 http:/www. fazhi. net. cn歲刀無(wú)痕官方網(wǎng)站 歲月無(wú)痕豐胸粘汕 都?xì)q刀無(wú)痕 成都?xì)q刀無(wú)痕有限公司豐胸產(chǎn)品排名豐胸產(chǎn)品排行榜成www. *7pp. com. cn www. t xiong. com空調(diào)器的平均功率為p,則Q=Q + p。Q _Q對(duì)可逆卡諾循環(huán)，則有兀 h3甘卩°通過(guò)熱傳導(dǎo)傳熱0二力一3),由Q = Q得因空調(diào)器連續(xù)工作，式中 p=&,T2 = T -2 + 4人A(2)T】 = 293K, P=0.3&,兀=303K而所求的是卩=吒時(shí)對(duì)應(yīng)的幾值,更多資料 www. 7pp. com. cn 威海律師事務(wù)所 http:/www. fazhi. net. cn更多資料 www. 7pp. com. cn 威海律師事務(wù)所 http:/www. fazhi. net. cnlmax解得厶映+ >/03(7i -T2) = 311.