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8-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理


8 – 6 热力学第二定律的表述 卡诺定理 第二定律的提出 1 功热转换的条件第一定律无法说明.

物理学教程 (第二版)

2

热传导的方向性、气体自由膨胀的不可

逆性问题第一定律无法说明. 一 热力学第二定律的两种表述 1 开尔文说法:不可能制造出这样一种循

环工作的热机,它只使单一热源冷却来做功,而
不放出热量给其他物体,或者说不使外界发生任

何变化 .
第八章 热力学基础

8 – 6 热力学第二定律的表述 卡诺定理
p

物理学教程 (第二版)

p1
p2

1 ( p 1 , V1 , T )
( p 2 ,V 2 , T )

QT

E

W

W
V1

2
V2

o
p

V

等温膨胀过程是从 单一热源吸热作功,而 不放出热量给其它物体, 但它非循环过程. 高温热源 T1
Q1

A
T1

T1 ? T 2

W

D
o

W

B
T2

卡诺热机
C
V

Q2

低温热源 T 2

卡诺 循环是循 环过程, 但需两个 热源,且 使外界发 生变化.

第八章 热力学基础

8 – 6 热力学第二定律的表述 卡诺定理

物理学教程 (第二版)

永 动 机 的 设 想 图
第八章 热力学基础

8 – 6 热力学第二定律的表述 卡诺定理 2

物理学教程 (第二版)

克劳修斯说法:不可能把热量从低温物体自

动传到高温物体而不引起外界的变化 .
p

A

Q1
T1

T1 ? T 2
B C
V

高温热源 T1 Q1 卡诺致冷机
Q2

D
o

W
Q2

W

T2

低温热源 T 2

虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温

物体,但需外界作功且使环境发生变化 .
第八章 热力学基础

8 – 6 热力学第二定律的表述 卡诺定理 注意 1

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热力学第二定律是大量实验和经验的总结.

2

热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说

法具有等效性 . 3 热力学第二定律可有多种说法,每一种说

法都反映了自然界过程进行的方向性 .

第八章 热力学基础

8 – 6 热力学第二定律的表述 卡诺定理 二 可逆过程与不可逆过程

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可逆过程 : 在系统状态变化过程中,如果逆过 程能重复正过程的每一状态, 而不引起其他变化, 这样的过程叫做可逆过程 .

准静态无摩擦过程为可逆过程
第八章 热力学基础

8 – 6 热力学第二定律的表述 卡诺定理

物理学教程 (第二版)

不可逆过程: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,或者虽能重复 但必然会引起其他变化,这样的过程叫做不可逆过 程.

非准静态过程为 不可逆过程 . 可逆过程的条件
准静态过程(无限缓慢的过程),且无摩擦 力、粘滞力或其他耗散力作功,无能量耗散的过 程.
第八章 热力学基础

8 – 6 热力学第二定律的表述 卡诺定理

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热力学第二定律的实质
自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是 不可逆的 . 完全 功 热 ? 热功转换 不完全 有序 自发 自发传热 非自发传热 无序

? 热传导

高温物体

低温物体
均匀、平衡

非均匀、非平衡
第八章 热力学基础

自发

8 – 6 热力学第二定律的表述 卡诺定理 三 卡诺定理

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1) 在相同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都不可能大于可逆机的效率 .

以卡诺机为例,有

? '?

Q1 ? Q 2 Q1

?

T1 ? T 2 T1

? ( 不可逆机 ) ? (可逆机)

第八章 热力学基础

8 – 6 热力学第二定律的表述 卡诺定理 四 能量品质 热力学第一定律 热力学第二定律 卡诺定理 可利用的能量越多,

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能量转换和守恒定律 有用能是受到限制的 高温热源 T1
Q1

该能量品质越好,
反之则差.
第八章 热力学基础

卡诺热机 低温热源 T 2

W ? ? Q1

Q 2 ? (1 ? ? ) Q 1


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