热学第6次课.PDF

热学 第 6 次课 课 题：13－6 热力学第二定律的表述 卡诺定理 13－7 熵 熵增加原理 教学目的：1. 理解热力学第二定律的两种表述及卡诺定理 2. 掌握熵、熵增加原理的含义 教学重点：1. 热力学第二定律的两种表述 2. 熵增加原理的表述 教学难点：1. 卡诺定理 2. 熵、熵增加原理 教学过程： 13－6 热力学第二定律的表述 卡诺定理 一、热力学第二定律的两种表述 热力学第一定律阐明了热力学过程应满足能量守恒定律; 热力学第二定律阐明热力学过程进行的方向和限度。 开尔文表述：不可能制造出一种只从单一热源吸取热量，使其全部转变成功而 不引起其它变化的循环工作的热机。 W  1 Q 1 第二类永动机：只从单一热源吸取热量，使其全部转变成功的热机。 第二类永动机并不违反热力学第一定律，即不违反能量守恒定律；但是，第 二类永动机是不可能实现的。 克劳修斯表述：热量不可能自动地从低温热源传到高温热源而不引起其它的变 化。 注意：1．热力学第二定律不能从更普遍的定律推导出来，它是大量实验和经验 的总结。 2．热力学第二定律的两种表述是等效的。 热力学第二定律表明： ① 开尔文表述表明了在热功转换上的方向性。机械能能全部转化为热能， 反之不行。 ②克劳修斯表述表明了在自然热传递过程中的方向性。 自发过程中热能总是从高温环境向低温环境转移，而不能从低温到高温。自然界 过程的发生有一定的方向性。 二、可逆过程和不可逆过程 定义：如果逆过程能重复正过程的每一状态，而且不引起其他变化，这样的过程 叫做可逆过程。 如果在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态， 或者虽然重复但必然引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程。 实现可逆过程的条件：没有摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，能量耗散 效应可略去不计。同时满足过程无限缓慢地进行，即属于准静态过程； 不可逆过程在自然界中是普遍存在的。例如：气体的扩散，水的汽化；固 体的升华等。 可逆过程则是理想的，是实际过程的近似。 本章所讨论的热力学过程除特别指明外，都视为可逆过程。 仍以气体膨胀或压缩为例，如果过程进行得无限缓慢，使气体在过程中的每 一时刻都处于平衡态，而且没有漏气、摩擦和散热等损耗，则当过程逆向进行时， 就能重复原过程的所有中间状态而恢复原状，在外界也不留下任何痕迹。即在不 考虑摩擦、漏气和散热等损耗的理想情形下，准静态过程是可逆的。 三、卡诺定理 1.在相同的高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的可逆机，都具有 相同的效率。 2.工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率不可能大 于可逆机的效率。 以卡诺机为例，有： Q 2 T 2 可逆机：   1  1 Q 1 T1 T 不可逆机：   1 2 T 1 13－