熱力學(xué)第二定律 (4)課件

1、關(guān)于熱力學(xué)第二定律 (4)第一張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月問題能量守恒定律告訴我們：在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的滿足能量守恒的過程是否都能實(shí)現(xiàn)呢？第二張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月思考與討論：P57結(jié)論1. 熱量自發(fā)地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是不可逆的。結(jié)論2. 擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行是有方向的,過程是不可逆的。結(jié)論3. 功可以自動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱，但熱卻不能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為功。通過摩擦而使功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬倪^程是不可逆的。結(jié)論4. 氣體膨脹(絕熱自由膨脹)的過程是不可逆的。一.自然過程的方向結(jié)論：無數(shù)事實(shí)告訴我們：凡是實(shí)際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，如熱傳遞、氣體的膨脹、擴(kuò)散、有摩擦的機(jī)

2、械運(yùn)動(dòng)都有特定方向。也就是說，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。第三張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月克勞修斯表述指明熱傳導(dǎo)過程是不可逆的。（1）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體. 二.熱力學(xué)第二定律高溫低溫理解“自發(fā)：”：當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，不需要第三者介入、不會(huì)對(duì)任何第三者產(chǎn)生影響，熱量就能從一個(gè)物體傳遞到另外一個(gè)物體。低溫高溫自發(fā)自發(fā)第四張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 電冰箱的內(nèi)部溫度比外部溫度低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)熱量傳給外界的空氣？電冰箱工作時(shí)違反熱力學(xué)第二定律嗎？第五張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 因?yàn)殡姳湎牧穗娔?/p>

3、，對(duì)制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了相反，外界的熱量會(huì)自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高 第六張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月熱傳導(dǎo)的方向性即：熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響。 熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，這個(gè)過程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其它影響或引起其它變化。如果設(shè)想克勞修斯表述不成立，即在無任何外界做功的情況下，熱量就能從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?。按此設(shè)想就可制成一種無功致冷機(jī)，它無需消耗功就能致冷?？藙谛匏贡硎龇穸诉@種可能性。第七張，PPT共

4、十四頁，創(chuàng)作于2022年6月熱機(jī)：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。(汽油機(jī)、柴油機(jī)、蒸汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等）一階段：燃料燃燒產(chǎn)生熱量 Q1（高溫?zé)嵩矗ㄈ剂现谢瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為工作物質(zhì)的內(nèi)能）二階段：推動(dòng)活塞對(duì)外做功 W（工作物質(zhì)內(nèi)能變成機(jī)械能）熱機(jī)能流圖燃料產(chǎn)生的熱量Q輸出機(jī)械功W漏氣熱損散熱熱損摩擦熱損工作原理和過程：機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進(jìn)一步討論第八張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月效率：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 熱機(jī)的效率：高溫?zé)釒斓蜏責(zé)釒霶1Q2對(duì)外做功熱機(jī)W熱機(jī)的效率小于100%，就不可能把從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為機(jī)械能，總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器或大氣

5、中。熱機(jī)工作時(shí)的能流分配第九張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月例如，利用熱機(jī)循環(huán)，吸熱可對(duì)外作出功來但實(shí)際熱機(jī)的循環(huán)除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩?，即產(chǎn)生了其它效果。 熱全部變?yōu)楣Φ倪^程也是有的，如，理想氣體等溫膨脹。但在這一過程中除了氣體從單一熱源吸熱完全變?yōu)楣ν?，還引起了其它變化，即過程結(jié)束時(shí)，氣體的體積增大了。 （2）開爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。二.熱力學(xué)第二定律的另一種表述 開爾文表述揭示機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。第十張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年

6、6月定律的兩種表述熱力學(xué)第二定律的兩種表述克勞修斯表述： 不可能將熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化（即熱量不會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體）。開爾文表述： 不可能從單一熱源吸取熱量并使它完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓５谑粡?，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1.兩種表述是等價(jià)的 可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律2.對(duì)任何一類宏觀過程進(jìn)行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。例如：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。3.熱力學(xué)第二定律的意義 提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要自然規(guī)律對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解第十二張

7、，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第二類永動(dòng)機(jī)1.第二類永動(dòng)機(jī)：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引起其它變化叫做第二類永動(dòng)機(jī)。2.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成！表示機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能在不引起其他變化全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能3.第一類永動(dòng)機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī) 它們都不可能制成，第一類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想違反了能量守恒定律；第二類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)系的宏觀自然過程具有方向性的規(guī)律（熱力學(xué)第二定律）?？匆环N熱機(jī)設(shè)計(jì)方案是否可行，不僅要看是否遵守能量守恒定律，還要看是否滿足熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第二定律的另一種表述就是：第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。第十三張，PPT共十四頁，創(chuàng)作于2022