13-6 热力学第二定律 卡诺定律

物理学第五版

13-6 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. 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.

第十三章 热力学基础

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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 出热量给其它物体，或者说不使外界发生 任何变化 .

第十三章 热力学基础

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13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理

p p1p2

1 ( p1 ,V1 , T )

QT

E

W

WV1

( p2 ,V2 , T ) 2V2

o

等温膨胀过程是从 V 单一热源吸热作功，而 不放出热量给其它物体 ，但它是非循环过程.

第十三章 热力学基础

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13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理p

AT1

T1 T2

高温热源 T1

Q1卡诺热机

D

W

BT2

W

CV

Q2低温热源 T2

o

卡诺循环是循环过程，但需两个热 源，且使外界发生变化.第十三章 热力学基础4

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13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理

永 动 机 的 设 想 图第十三章 热力学基础5

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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 .

第十三章 热力学基础

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13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理

p

A

Q 1

T1 T2B

高温热源 T1

T1W D

Q1卡诺致冷机C

W

Q2

o

T2

Q2低温热源 T2

V

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 .第十三章 热力学基础7

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13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理

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 种说法都反映了自然界过程进行的方向性 .第十三章 热力学基础8

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二 可逆过程与不可逆过程可逆过程 : 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，而且 不引起其它变化，这样的过程叫做可逆过 程.

准静态无摩擦过程为可逆过程

第十三章 热力学基础

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不可逆过程：在不引起其它变化的条件下， 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它变化，这样的过程叫 做不可逆过程. 非准静态过程为不可逆过程.

第十三章 热力学基础

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可逆过程的条件

准静态过程(无限缓慢的过程),且 无摩擦力、粘滞力或其它耗散力作功，无 能量耗散的过程 .

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13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理

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 无序 热传导 高温物体 非均匀、非平衡 自发传热

低温物体

非自发传热 均匀、平衡 自发12

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三 卡诺定理(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 .第十三章 热力学基础

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13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理

以卡诺机为例，有Q1 Q2 Q1 T1 T2 T1

( 不可逆机 ) (可逆机)

≤

第十三章 热力学基础

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本章目录

选择进入下一节：13-4 理想气体的等温过程和绝热过程13-5 循环过程 卡诺循环

13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理13-7 熵 熵增加原理 13-8 热力学第二定律的统计意义

第十三章 热力学基础