《大学物理》课程PPT教学课件（二）第20章 热力学第一定律和第二定律 20.4 热力学第二定律

JE克劳修斯(182-1888

同 学 们 好 J.E克劳修斯(1822-1888)

§204热力学第二定律 热力学第一定律:能量转换和守恒定律 凡违反热力学第一定律的过程不可能发生 第一类永动机不可能成功! 是否凡遵从热力学第一定律的过程一定发生? 功热转换 热传导能量转换有一定方向和限度 扩散 热力学第二定律:描述自然界能量转换的方向和限度 用否定形式表述 特征表述方式多样 统计意义 反证法

§20.4 热力学第二定律 热力学第一定律：能量转换和守恒定律 凡违反热力学第一定律的过程不可能发生。 ——第一类永动机不可能成功！ 是否凡遵从热力学第一定律的过程一定发生？ 功热转换 热传导 扩散…... 能量转换有一定方向和限度 热力学第二定律：描述自然界能量转换的方向和限度。 用否定形式表述 表述方式多样 反证法 统计意义 …... 特征

热力学第二定律的两种典型表述及其等效性 1.开尔文表述(K) 从热机角度(热功转换角度)说明能量转换 的方向和限度: *不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为有用 功而不产生其它影响。 或: 米唯一效果是热→功的过程是不可能实现的。 米单热源热机是不可能制成的。 T 米第二类永动机(7=1) Q 是不可能制造成功的。 A

一.热力学第二定律的两种典型表述及其等效性 1.开尔文表述 (K) 从热机角度（热功转换角度）说明能量转换 的方向和限度: * 不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为有用 功而不产生其它影响。 或： * 唯一效果是热 功的过程是不可能实现的。 * 单热源热机是不可能制成的。 T Q A 是不可能制造成功的。 * 第二类永动机 ( = 1)

注意理解: o热力学第一定律和第二定律是互相独立的。 比较:第一类永动机:第二类永动机: 不耗能,只做功 Q=A(C2=0) 7>100%(7=∞) 7=100 违反热力学第一定律 违反热力学第二定律

注意理解：  热力学第一定律和第二定律是互相独立的。 比较： 第一类永动机： 第二类永动机： 不耗能，只做功  100% ( = ) 违反热力学第一定律A ( 0) Q1 = A Q2 =  =100% 违反热力学第二定律A T Q1

②热力学第二定律并不意味着热不能完全转变为功 例:理想气体等温膨胀 △T=0其它影响 △E=0 △>0 Q 不违反热力学第二定律 关键词:“无其它影响” 热完全转变为功,而且系统和外界均复原是不可能的

热力学第二定律并不意味着热不能完全转变为功 关键词：“无其它影响” 热完全转变为功，而且系统和外界均复原是不可能的。 例：理想气体等温膨胀 T = 0 其它影响 E = 0 Q = A 不违反热力学第二定律 T V  0

●热力学第二定律指出了热功转换的方向性 功自发一热100%转换 热非自发 功不能100%转换 热力学第二定律与能源危机 热力学第一定律: 能量转换并守恒,何来能源危机? 热力学第二定律 能量做功的能力下降,能量品质下降

热力学第二定律指出了热功转换的方向性 功 自发 热 100 % 转换 热 非自发 功 不能 100% 转换  热力学第二定律与能源危机 能量做功的能力下降，能量品质下降。 热力学第二定律： 热力学第一定律： 能量转换并守恒，何来能源危机？

2.克劳修斯表述(C) 从致冷机角度(热传导角度)说明能量转换 的方向和限度: *热量不能自动地从低温物体传到高温物体。 或: 米A=0C2=Q1 A 的致冷机是不可能成-。 第二类永动机不可能成功

2. 克劳修斯表述 (C ) 从致冷机角度（热传导角度）说明能量转换 的方向和限度： * 热量不能自动地从低温物体传到高温物体。 或： * 第二类永动机不可能成功。 的致冷机是不可能成功的 。 = = = =  A Q A Q Q w 2 * 0 2 1 Q A=0 T1 T2 Q

注意理解: o热力学第二定律并不意味着热量不能从低温物体传 到高温物体 例:电冰箱 关键词:“自动”即热量从低温物体传到高温 物体不能自发进行,不产生其它影响。 热力学第二定律指出了热传导方向性 高温自动 低温非自劲2发 高温(外界做功)

注意理解： 热力学第二定律指出了热传导方向性： 高温 自动 低温 低温 非自动 高温 （外界做功） 热力学第二定律并不意味着热量不能从低温物体传 到高温物体 关键词：“自动” 即热量从低温物体传到高温 物体不能自发进行，不产生其它影响。 例：电冰箱

3.两种表述的等效性 o如果K不成立,则存在单热源热机,建立如图 联合循环, 总效果: 2业4=214+g=a+低温热源G)放热Q 高温热源(T)吸热 Q2 Q1+Q2-Q=Q2 无其它影响,故C不成立

 如果 K不成立，则存在单热源热机，建立如图 联合循环， 2 2 低温热源（T ) 放热Q 1 2 1 2 1 ) : Q Q Q Q T + − = 高温热源（ 吸 热 无其它影响，故 C 不成立 总效果： T1 T2 Q2 Q1 A = Q1 A+Q2 = Q1 +Q2 3. 两种表述的等效性

②如果C不成立,则存在A=0的致冷机,建立如图 联合循环 总效果: 21 低温热源(2)不变 4=22高温热源(T) 放热:Q1-Q2 做功:Q1-Q2 无其它影响,故K不成立 由o,@C、K两种表述等效

 如果 C 不成立，则存在 A = 0 的致冷机，建立如图 联合循环 总效果： 低温热源（T2 )不变 1 2 1 : ) Q Q T 放 热 − 高温热源（ 1 2 做功: Q −Q 无其它影响，故 K 不成立。 由  ，  C、K 两种表述等效。 Q2 Q2 Q2 Q1 A= Q1 −Q2 T2 T1