[工学]8章热力学wym2.ppt

四.卡诺循环 卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。高温热源温度为T1, 低温热源温度为T2。 d T1 a b c T2 图9-21 p V Q1 Q2 例题 卡诺循环中，高温热源温度是低温热源温度的n倍，一个卡诺循环中气体将把吸热的 倍交给低温热源。 由 得 所以 1/n 对卡诺致冷机，显然其致冷系数为 因 卡诺循环的效率只与高低温热源的温度有关，而与工作物质无关。 例题 卡诺循环中，高温热源温度T1=400k, 低温热源温度T2=300k,一个循环对外作功800J。现只把高温热源温度T1提高，其它条件不变，要对外作功1000J，求T1? 和此时的效率。 解 前后两过程的共同点：放热不变。 =0.25 Q2=2400 =29.4% T1? =425k T1 a b c d T2 图9-21 p V T1? §8-4 热力学第二定律 前面介绍的热力学过程,包括单一过程和循环过程，都 遵从热力学第一定律，也就是遵从能量守恒定律。大量 事实表明，有些过程能够自动实现，有些过程则不能自 动实现，特别是那些自动实现过程的逆过程没有外界的 帮助是不可能实现的。热力学过程存在一个方向性问题， 这就是热力学第二定律要解决的问题。 一、自发过程的方向性 假设一个系统受到外界影响处于非平衡态。如果撤出外 界影响，让该系统成为一个孤立系统，此后系统状态总是 从非平衡态向平衡态过渡。 这种无需外界帮助，系统从非平衡态自动向平衡态过渡 的过程称为自发过程。 气体自动向真空膨胀 以气体和真空作为一个系统，气体和真空中的分子数密 度不等，系统开始处于非平衡态。此后气体自动膨胀， 直至分子数密度均匀，达到平衡态。逆过程不能自动进行。 . . . . . . . 图9-22 A B 热量自动从高温物体传给低温物体。 以高温物体和低温物体为系统，开始系统处于非平衡态。 此后热量自动从高温物体传给低温物体，直到物体温度 相等为止。逆过程则不能自动进行. 墨汁在清水中自动扩散，直至均匀。…… 这些过程都是自发过程,都有确定的方向,总是由非平衡态 向平衡态过渡. 与这些过程相反的过程则不能自动实现.除非有外界的帮 助,这些逆过程才能实现. 自然界中存在许许多多的自发过程，但人们发现； 在大量的自发过程中，其支配作用的是能量在传递和转化 过程中所具有的方向性。具体表现在： ① 孤立系统存在的机械能或电磁能总是自动地转化 为分子热运动能量，即“功自动转换为热” ② 孤立系统中，热量总是自动地由高温物体向低温物 体传递。 根据以上认识，总结提出了热力学第二定律： 二、热力学第二定律 1、热力学第二定律的开尔文表述 不可能从单一热源吸收热量，使它完全转化为功，而 不引起其他的变化。 即：靠单一热源循环动作的热机是不可能实现的。 T1 Q A=Q T1 Q A=Q 意义：指明了热机的效率不可能100? 效率100?的热机叫“第二类永动机”。 不可能制成第二类永动机 思考: “理想气体和单一热源接触作等温膨胀时,吸收的 热量全部用来作功”,对此说法有如下的评说，其中正确的 是 （A）不违反热一定律，但违反热二定律 （B）不违反热二定律，但违反热一定律 （C）既不违反热一定律，也不违反热二定律 （D）既违反热一定律，也违反热二定律 选（C）.首先肯定不违反热一定律。由于此过程为单 一的膨胀过程，不是循环过程，所以它和热二定律无矛 盾。热二定律说的是靠单一热源循环动作的热机是不可 能的 2、热力学第二定律的克劳修斯表述 不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不引起其 他的变化 即：热量不能自动地从低温物体传到高温物体。 T1 T2 Q2 Q1=Q2 意义：无需消耗功就致冷的无功致冷 机是不可能实现的 三、两种表述的一致性 从表面上看，热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯 表述是各自独立的，其实二者是相互沟通的。 可以证明热二定律的两种表述是等价的。 §8-5 可逆过程和不可逆过程 卡诺定理 一.可逆过程和不可逆过程 一个系统,由某一状态出发,经过某一过程P到达另一状态, 如果能找到某种方法使系统和外界完全复原, 则这一过程P称为可逆过程。 如果不能找到某种方法使系统和外界完全复原, 则这一过程P称为不可逆过程。 可逆过程是实际过程的一种抽象，一个理想。理论上讲，只有无摩擦的准静态过程才是可逆的。而要做到完全没有摩擦是不可能的。因而实际宏观过程都是不可逆的。 2 1 p V 图9-1 ?