成都理工大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件）第六章 热力学基础（6.7）热力学第二定律卡诺定律

6-7熟力学第二定律卡诺定律 热力学第一定律给出了各种形式的能量 在相互转化过程中必须遵循的规律,但并未 限定过程进行的方向。观察与实验表明,自 然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不 可逆的,或者说是有方向性的。例如,热量 可以从高温物体自动地传给低温物体,但是 却不能从低温传到高温。对这类问题的解释 需要一个独立于热力学第一定律的新的自然 规律,即热力学第二定律

6-7 热力学第二定律 卡诺定律 热力学第一定律给出了各种形式的能量 在相互转化过程中必须遵循的规律，但并未 限定过程进行的方向。观察与实验表明，自 然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不 可逆的，或者说是有方向性的。例如，热量 可以从高温物体自动地传给低温物体，但是 却不能从低温传到高温。对这类问题的解释 需要一个独立于热力学第一定律的新的自然 规律，即热力学第二定律

◆第二定律的提出 功热转换的条件第一定律无法说明. 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 热力学第二定律的两种表述 热力学第二定律是一条经验定律,因此有许多 叙述方法。最早提出并作为标准表述的是1850 年克劳修斯提出的克劳修斯表述和1851年开尔 文提出的开尔文表述

第二定律的提出 1 功热转换的条件第一定律无法说明. 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 热力学第二定律是一条经验定律，因此有许多 叙述方法。最早提出并作为标准表述的是1850 年克劳修斯提出的克劳修斯表述和1851年开尔 文提出的开尔文表述

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。 与相应的经验事实是,功可以完全变热,但要 把热完全变为功而不产生其他影响是不可能的。如, 利用热机,但实际中热机的循环除了热变功外,还 必定有一定的热量从高温热源传给低温热源,即产 生了其它效果。热全部变为功的过程也是有的,如, 理想气体等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单 热源吸热完全变为功外,还引起了其它变化,即 过程结束时,气体的体积增大了

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 。 与相应的经验事实是，功可以完全变热，但要 把热完全变为功而不产生其他影响是不可能的。如， 利用热机，但实际中热机的循环除了热变功外，还 必定有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产 生了其它效果。热全部变为功的过程也是有的，如， 理想气体等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单 一热源吸热完全变为功外，还引起了其它变化，即 过程结束时，气体的体积增大了

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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 . 1 2 ( , , ) p 1 V1 T ( , , ) p 2 V2 T p 1 p 2 V1 V2 p o V W Q T E W 低温热源 T2 高温热源 T1 卡诺热机 Q 1 Q 2 W o V p T2 W T1 A B C D T1  T2 卡诺 循环是循 环过程， 但需两个 热源，且 使外界发 生变化

导管内水流下来冲 动小轮,并用皮带使小 轮带动大轮转动,于是 拖动水斗,将水提上去 水又从导管上端流下 再带动小轮,这样就可 永动机的设想 以循环不已

永动机的设想图

2、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 与之相应的经验事实是,当两个不同温度的物 体相互接触时,热量将由高温物体向低温物体 传递,而不可能自发地由低温物体传到高温物 体。如果借助制冷机,当然可以把热量由低温 传递到高温,但要以外界作功为代价,也就是 引起了其他变化。克氏表述指明热传导过程是 不可逆的。 克氏表述指明热传导过程是不可逆的 开氏表述指明功变热的过程是不可逆的

2 、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 . 与之相应的经验事实是，当两个不同温度的物 体相互接触时，热量将由高温物体向低温物体 传递，而不可能自发地由低温物体传到高温物 体。如果借助制冷机，当然可以把热量由低温 传递到高温，但要以外界作功为代价，也就是 引起了其他变化。克氏表述指明热传导过程是 不可逆的。 克氏表述指明热传导过程是不可逆的。 开氏表述指明功变热的过程是不可逆的

Q t>t 高温热源T 卡诺致冷机≥一W O2 V 低温热源72 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

V o p T2 W T1 A B C D T1  T2 Q2 Q1 高温热源 T1 低温热源 T2 卡诺致冷机 Q1 Q2 W 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

少注意 1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

注 意 1 热力学第二定律是大量实验和经验的总结. 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 . 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

可逆过程与不可逆过程 广义定义:假设所考虑的系统由一个状态出发 经过某一过程达到另一状态,如果存在另一个 过程,它能使系统和外界完全复原(即系统回 到原来状态,同时原过程对外界引起的一切影 响)则原来的过程称为可逆过程;反之,如果 用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外界完 全复员,则称为不可逆过程。 ●狭义定义:一个给定的过程,若其每一步都能 借外界条件的无穷小变化而反向进行,则称此 过程为可逆过程

二 可逆过程与不可逆过程 ⚫ 广义定义：假设所考虑的系统由一个状态出发 经过某一过程达到另一状态，如果存在另一个 过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回 到原来状态，同时原过程对外界引起的一切影 响）则原来的过程称为可逆过程；反之，如果 用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外界完 全复员，则称为不可逆过程。 ⚫ 狭义定义：一个给定的过程，若其每一步都能 借外界条件的无穷小变化而反向进行，则称此 过程为可逆过程

◆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 准静态等温过程p(p,D 热源 (P2,v2,T) 2 T O 准静态无摩擦过程为可逆过程

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